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Fase de Transporte Neumático

¿Cuáles son las diferentes fases de transporte neumático? ¿Cómo determinar en qué fase puede transportarse un sólido a granel / polvo?

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Resumen de la sección
1. Introducción
2. Clasificación de Geldart
3. Las diferentes fases sólido/aire en una línea de transporte neumático

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1. Introducción

Existen diferentes formas de transportar sólidos neumáticamente, y una de las diferencias clave entre cada metodología es la fase en la que los sólidos a granel serán transferidos en la tubería. Por fase nos referimos a qué tan denso está el sólido durante el movimiento. Si está muy aireado, la fase tenderá a ser "diluidada", si está menos aireado será "fase densa". Típicamente, la cantidad de aire utilizada para transportar los sólidos así como la "velocidad" son criterios utilizados para determinar en qué fase se realiza el transporte. No todos los sólidos pueden transportarse en una fase u otra; depende de las propiedades de fluidización de los sólidos, para lo cual la clasificación de Geldart es de utilidad.

Figura 1: ejemplos de 2 fases de transporte, diluida a la izquierda y densa a la derecha

2. Clasificación de Geldart

¿Cómo saber si un polvo puede transportarse en fase diluida o densa?

Cuidado, no todos los sólidos pueden transportarse con cualquier tecnología. De hecho, la idoneidad de una tecnología en particular dependerá de las propiedades de fluidización del sólido a transportar. Antes de diseñar un sistema, debe establecerse la clase del sólido. Dicha clase se determina mediante una clasificación propuesta por Geldart en 1973.

Es un método muy simplificado para clasificar polvos según su naturaleza de Geldart, a fin de determinar si pueden transportarse en "fase densa". Sin embargo, con este enfoque básico, pueden considerarse los siguientes aspectos:

Clase A: polvos adaptados al transporte en fase densa; presentan una aireación muy alta y duradera. Pueden transportarse a alta concentración, pero no forman tapones de manera natural; por lo tanto, se requiere un sistema activo para generarlos.

Clase B: polvos similares a arena; pueden ser difíciles de transferir en fase densa

Clase C: polvos cohesivos; pueden ser difíciles de transportar en fase densa

Clase D: estos polvos pueden transportarse en fase densa a concentraciones intermedias entre la clase B y la clase A

Figura 2: Clasificación de Geldart

La clasificación de Geldart es una primera indicación, siendo los grupos B y C los menos adecuados para el transporte en fase densa. Sin embargo, trabajos posteriores han demostrado que, dentro de los grupos B y C, algunos polvos pueden transferirse en fase densa, siempre que tengan la permeabilidad y/o retención de aire adecuadas. La permeabilidad al aire permite, de hecho, fluidizar el producto y, por lo tanto, cambiar su "reología", mientras que la retención de aire permite mantener el estado fluidizado durante mucho tiempo, lo cual puede ser interesante en una tubería de transporte. Como indicación, una alta permeabilidad debería permitir el transporte en tapones, mientras que una buena retención de aire permitiría un flujo en dunas.

3. Las diferentes fases sólido/aire en una línea de transporte neumático

¿Qué es el transporte en fase densa? ¿Qué es el transporte en fase diluida?

Es importante comprender cómo los conceptos de fase diluida y fase densa se traducen en la forma en que el producto fluye en la tubería. Básicamente, dependiendo de la velocidad del gas de transporte, pueden identificarse 5 regímenes de flujo.

Tabla 1: Fases de transporte

Velocidad del gas	Régimen de flujo	Tubería de transporte Aspecto	Comentarios
Alta velocidad (15-40 m/s)	Fase Diluidada		Básicamente, cualquier sólido puede transportarse en fase diluida; sin embargo, las restricciones aplicadas al sólido lo hacen adecuado solo para productos que no son sensibles a la "rotura" y que no sean demasiado duros ni abrasivos para las tuberías. Las partículas están en suspensión en el gas y no se depositan en el tubos de transporte.
Velocidad media (8-15 m/s)	Fase densa (flujo saltante)		Cuando la velocidad del gas disminuye, la pérdida de presión disminuye hasta un mínimo y algunas partículas forman una capa continua en las secciones horizontales de tubería. Los depósitos no son permanentes y el transporte está ocurriendo en realidad. La concentración no es constante a lo largo de una sección de tubería, ya que hay más partículas en la parte inferior. Este tipo de transporte puede ser inestable y provocar obstrucciones en tuberías.
Baja velocidad (3-8 m/s)	Fase densa discontinua - Dunas		Al reducir aún más la velocidad del gas, la pérdida de presión aumenta nuevamente y aparece un régimen de flujo en el que se forman tapones. El flujo en dunas ocurre principalmente con productos finos. La caída de presión dependerá de la longitud de los tapones formados, por lo que es recomendable controlarlos activamente mediante el proceso. Un método común para este tipo de régimen de flujo es instalar inyecciones regulares de aire en la tubería para "cortar" los tapones.
Baja velocidad (3-8 m/s)	Fase densa discontinua - Pulsante		Este régimen de flujo es similar al de dunas presentado anteriormente, pero ocurre principalmente con materiales gruesos. Al observar el flujo, se aprecia claramente que este comienza/detiene, de ahí el término "pulsante". Los tapones se forman naturalmente gracias a la mayor porosidad del sólido en comparación con otros polvos más cohesivos.
Velocidad muy baja (3-8 m/s)	Fase densa continua		Al reducir aún más la velocidad del gas, y para sólidos que pueden transportarse bajo este régimen, se establece un flujo continuo en fase densa. Básicamente, existe un único tapón grande. Sin embargo, esto genera caídas de presión muy elevadas, lo que limita este régimen a distancias muy cortas.

Debe tenerse en cuenta que las partículas circulan a una velocidad inferior a la del gas. Dependiendo del régimen de flujo, la velocidad promedio de las partículas puede ser de 0.4 a 0.8 veces la velocidad del gas.