el profesor patrocinante y profesores informantes de
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El Profesor Patrocinante y Profesores Informantes de Trabajo de Titulación comunican
al Director de Escuela de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ciencias de la
Ingeniería que el Trabajo de Titulación del señor:
PABLO ENRIQUE WALPER GORMAZ
Ha sido aprobado en el examen de defensa rendido el
día……………………………………………….., como requisito para optar al Título de
Ingeniero Mecánico. Y, para que así conste para todos los efectos firman:
PROFESOR PATROCINANTE
Misael Fuentes Paredes.
PROFESORES INFORMANTES
Marcelo Paredes C.
Juan Rebolledo S.
DIRECTOR DE ESCUELA INGENIERIA CIVIL MECANICA
Milton Lemarie O.
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INDICE PÁGINA
NOMENCLATURA ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 6
RESUMEN ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 8
SUMMARY ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 9
INTRODUCIÓN ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 10
PROBLEMA A INVESTIGAR ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 12
OBJETIVO GENERAL ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 12
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 12
METODOLOGÍA DE TRABAJO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 13
CAPÍTULO 1 IMPORTANCIA DEL ALIMENTO PELETIZADO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 14
CAPÍTULO 2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL ALIMENTO PELETIZADO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 16
2.1 Pellet de alfalfa ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 16
2.2 Pellet de paja ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 17
CAPÍTULO 3 SISTEMAS DE TRANSPORTE DE SÓLIDOS A GRANEL ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 18
3.1 SISTEMAS DE TRANSPORTE NEUMÁTICO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 18
3.2 FLEXIBILIDAD DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE NEUMÁTICO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 19
3.3 MODOS DE TRANSPORTE ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 21
3.3.1 Fase diluida ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 22
3.3.2 Fase densa ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 25
3.4 VELOCIDAD DEL AIRE DE TRANSPORTE ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 26
3.5 VELOCIDAD DE LAS PARTÍCULAS ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 27
3.6 RAZÓN DE CARGA DE SÓLIDOS ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 29
3.7 INFLUENCIA DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA DE TRANSPORTE ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 30
3.8 LEY DE LOS GASES IDEALES ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 33
3.8.1 Densidad del aire ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 35
3.9 TRANSPORTE VERTICAL ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 37
3.10 CAPACIDAD DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE NEUMÁTICO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 38
3.11 PÉRDIDAS DE CARGA ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 38
3.11.1 Caída de presión total en la línea de transporte ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 39
3
3.11.2 Pérdida por aceleración ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 39
3.11.3 Pérdida en tuberías verticales ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 41
3.11.4 Pérdida en tuberías horizontales ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 41
3.11.5 Pérdida en codos ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 44
CAPÍTULO 4 ANÁLISIS DEL INYECTOR DE CARGA TIPO VENTURI ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45
CAPÍTULO 5 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE NEUMÁTICO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 49
5.1 MATERIAL A TRANSPORTAR ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 49
5.2 VELOCIDAD MÍNIMA DE TRANSPORTE ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 50
5.3 CAPACIDAD DEL SISTEMA ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 51
5.4 LONGITUD DE LA TUBERÍA DE TRANSPORTE ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 51
5.5 DIÁMETRO DE LA TUBERÍA DE TRANSPORTE ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 53
5.6 VELOCIDAD DE TRANSPORTE A LA ENTRADA DE LA TUBERÍA ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 53
5.7 CAÍDA DE PRESIÓN DEL SISTEMA ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 54
5.7.1 Cálculo de la pérdida de carga por aceleración ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 55
5.7.2 Cálculo de la pérdida de carga en tuberías verticales ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 57
5.7.3 Cálculo de la pérdida de carga en tuberías horizontales ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 58
5.7.4 Cálculo de la pérdida de carga en los codos ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 62
5.7.5 Cálculo de la pérdida de carga del sistema ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 62
5.8 CÁLCULO DE LA MASA DEL FLUJO DE AIRE ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 63
5.9 CÁLCULO DE LA RAZÓN DE CARGA DE SÓLIDOS ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 64
5.10 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE AIRE REQUERIDO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 65
CAPÍTULO 6 SELECCIÓN DEL VENTILADOR ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 66
CAPÍTULO 7 DISEÑO DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE CARGA TIPO VENTURI ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 68
CAPÍTULO 8 ANÁLISIS DE COSTO DE FABRICACIÓN DE UN PROTOTIPO ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 76
CONCLUSIONES ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 78
BIBLIOGRAFÍA ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 80
ANEXOS ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 81
RUGOSIDAD RELATIVA ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 81
CONSTANTE CARACTERÍSTICA DE LOS GASES ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 82
COTIZACIÓN VENTILADOR CASALS / AA 60/7 T2 10 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 83
COTIZACIÓN MATERIALES DE FABRICACIÓN ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 87
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COTIZACIÓN TUBERÍA DE TRANSPORTE ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 88
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INDICE DE FIGURAS PÁGINA
FIGURA 1 SILO DE ALMACENAMIENTO. (CONFORTEC, 2009) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 11
FIGURA 2 REQUERIMIENTOS ALIMENTICIOS BOVINOS. (DELGADO ROSAS, 2006, PÁG. 24) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 15
FIGURA 3 PELLETS DE ALFALFA. (MOLYGRASS, 2008) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 16
FIGURA 4 PELLETS DE PAJA. (MOLYGRASS, 2008) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 17
FIGURA 5 SISTEMA NEUMÁTICO DE EXTRACCIÓN DE POLVO (MCAT, 2010) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 20
FIGURA 6 TRANSPORTE NEUMÁTICO DE MATERIAL FINO (POLIMAK, 2010) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 21
FIGURA 7 FASE DILUIDA. (MACTENN, 2009) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 23
FIGURA 8 SISTEMA DE TRANSPORTE NEUMÁTICO. (CABREJOS, 2004) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 23
FIGURA 9 DIAGRAMA DE ESTADO. (CABREJOS, 2004, PÁG. 2) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 24
FIGURA 10 FLUJO DE CAMA. (MACTENN, 2009) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 25
FIGURA 11 FLUJO EN BLOQUE. (MACTENN, 2009) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 26
FIGURA 12 COEFICIENTE DE ARRASTRE DE CUERPOS CILÍNDRICOS. (MILLS, 2004) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 29
FIGURA 13 INFLUENCIA DE LA SECCIÓN DEL ÁREA DE LA TUBERÍA. (MILLS, 2004, PÁG. 188) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 32
FIGURA 14 GRÁFICO COMPARATIVO PRESIÓN DE AIRE VS DIÁMETRO DE TUBERÍA, PARA 2 TIPOS DE MATERIALES. (MILLS, 2004, PÁG.
332) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 33
FIGURA 15 INFLUENCIA DE LA PRESIÓN Y TEMPERATURA EN LA DENSIDAD DEL AIRE. (MILLS, 2004, PÁG. 213) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 37
FIGURA 16 ALIMENTADOR DE CARGA TIPO VENTURI. (MILLS, 2004, PÁG. 225) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 45
FIGURA 17 TUBERÍA DE TRANSPORTE DE MATERIAL. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 52
FIGURA 18 CURVA CARACTERÍSTICA DEL VENTILADOR SELECCIONADO. (CASALS, 2010) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 67
FIGURA 19 ALIMENTADOR DE CARGA DEL SISTEMA. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 69
FIGURA 20 VISTA GENERAL DEL ALIMENTADOR DE CARGA ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 70
FIGURA 21 PROTOTIPO DEL EQUIPO DE TRANSPORTE NEUMÁTICO. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 71
FIGURA 22 VISTA FRONTAL DEL PROTOTIPO. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 72
FIGURA 23 VISTA GENERAL DEL PROTOTIPO. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 73
FIGURA 24 VISTA GENERAL DEL PROTOTIPO. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 74
6
Nomenclatura
Símbolo Parámetro Unidad
A Área de la sección; para tuberías πd2/4 m2
C Velocidad del aire de transporte m/s
Cp Calor específico a presión constante kJ/kg·J
Cd Coeficiente de arrastre -
d Diámetro de la tubería m
ds Diámetro de sección de la partícula m
ƒa Factor de fricción del aire -
ƒs Factor de fricción de la partícula -
Fra Número de Froude para el aire -
Frs Número de Froude para la partícula -
g Aceleración gravitacional; 9,81 m/s2 m/s2
Ga Peso del aire de transporte kg/m3
Gs Peso del sólido a transportar kg/m3
Lh Longitud de la tubería horizontal m
Lv Longitud de la tubería vertical m
Largo de la partícula
m Masa kg
ma Masa del flujo de aire kg/s
mp Masa del flujo de material Ton/hr; kg/s
N Número de codos -
p Presión de aire absoluta N/m2 ; kN/m2
Q Caudal de aire m3/s
R Constante característica de los gases kJ/kg·K
Re Número de Reynolds -
7
T Temperatura absoluta °K
V Volumen de aire m3/s
Vf Velocidad final de la partícula m/s
Va Velocidad del aire m/s
Vs Velocidad de la partícula m/s
va Viscosidad cinemática m2/s
γa Peso específico del aire kgf/m3
γs Peso específico del material kgf/m3
Φ Razón de carga -
ρ Densidad del gas kg/m3
µ Concentración de partículas -
ε/D Rugosidad relativa -
8
RESUMEN
Los sistemas de transporte neumático de materiales a granel son ampliamente
utilizados en variadas aplicaciones, gracias a la gran versatilidad que estos
poseen para adaptarse a diferentes requerimientos. La amplia gama de
materiales posibles de transportar, mediante este tipo de sistemas, hace de ellos
una solución a considerar al momento de diseñar un sistema de transporte.
El presente estudio realiza una recopilación de las principales variables que
afectan el correcto funcionamiento de un sistema de transporte neumático, las que
son utilizadas para realizar el diseño de una aplicación en particular; la que, a su
vez, tiene por objeto transportar el alimento peletizado utilizado en los planteles
lecheros del sur del país en la dieta diaria de animales bovinos. Este alimento en
forma de pellets complementa la dieta de los planteles lecheros y debe ser
almacenado en distintas cantidades que permitan el suministro diario durante
varias semanas. Además, se utilizan generalmente para el propósito de
almacenaje, silos de almacenamiento, los que deben ser llenados por su parte
superior, ubicada generalmente sobre los 7 metros de altura.
El diseño del sistema de transporte neumático contempla la elevación del
alimento desde el nivel del suelo hasta la parte superior de los silos de
almacenamiento. Para asegurar el correcto desempeño del equipo se debieron
considerar entonces, aspectos como: la densidad del material a transportar, las
pérdidas de carga originadas en la tubería de transporte, la velocidad de
transporte y el caudal de aire requerido.
Finalmente, el estudio y los cálculos efectuados comprueban que la posibilidad
de solucionar el problema planteado, mediante un sistema de transporte
neumático, es factible.
En términos de los gastos involucrados en la fabricación de un prototipo del
equipo calculado, se ha definido que el costo estimado para llevar a cabo dicha
fabricación sería de $ 2.900.000.- CLP (Pesos Chilenos).
9
SUMMARY
Pneumatic conveying systems for bulk materials are widely used in various
applications, thanks to the versatility they have to adapt to different requirements. The
wide range of materials that it is possible to carry through this kind of system makes
them a viable solution to consider when designing a transport system.
This study provides a compilation of the main variables affecting the proper
operation of a pneumatic conveying system that is used for the design of a particular
application, and intended to transport the food pellet used in the daily diet of cattle in
dairy farms in the south of Chile,
The food in the form of pellets supplements the diet of dairy farms and should be
stored in different quantities enabling the daily supply for several weeks. They are
generally used for the purpose of storage, storage silos, which must be filled from the
top, which is usually located 7 meters high.
The design of pneumatic conveying system provides for the lifting of food from
ground level to the top of the silo. Aspects such as the density of the material to be
transported, the pressure drop caused in the pipeline, the transport speed and the air
flow necessary to ensure proper equipment performance had to be considered.
The study and calculations prove that the possibility of solving the problem using a
pneumatic conveying system is feasible.
In relation to the costs involved in making a prototype of the team calculated, it has
been defined that the estimated cost to carry it out would be $ 2.900.000. - CLP
(Chilean Pesos).
10
INTRODUCIÓN
El presente trabajo de titulación se basa en la necesidad recurrente de los
productores lecheros, del sur del país, de almacenar alimento peletizado utilizado en la
dieta de sus planteles y busca entregar una alternativa, al problema del llenado de los
silos de almacenamiento.
Los alimentos concentrados requeridos en la producción bobina, son fabricados
en el país por diversas empresas, las que orientan su producción de acuerdo a las
propiedades alimenticias del producto, poniendo así a disposición de los productores,
diversos tipos de alimentos, que complementan la dieta del animal de acuerdo sea
necesario en su etapa de crecimiento.
Estos alimentos concentrados se fabrican en base a partículas y harinas, las
que se mezclan de acuerdo a las características del alimento que se desee preparar.
Una vez que se ha obtenido la mezcla adecuada, se lleva a cabo el proceso de
peletización, donde se agrega vapor de agua y/o aglutinantes para lograr una
hidratación a temperaturas de entre 60° a 75°C. Con esto se logra una masa caliente,
a partir de la cual, con la ayuda de maquinaria especializada, se forman, mediante la
extrusión de la masa, estructuras cilíndricas llamadas pellets, con diámetros entre
6mm y 8 mm y largos de 10 mm a 20 mm.
Durante el peletizado, se lleva a cabo un proceso de cocción del alimento, el
cual favorece la disponibilidad de nutrientes, tales como almidones y proteínas, los que
luego serán aprovechados por el animal en su tracto digestivo, traduciéndose en
mejores conversiones alimenticias. Además, las altas temperaturas a las que es
sometido el alimento, logran eliminar bacterias patógenas, que pueden comprometer la
buena salud de los animales. Un buen proceso de peletizado y posterior ensacado y
almacenamiento, aseguran una mayor duración del alimento.
Este tipo de alimento es almacenado comúnmente en los planteles lecheros en
silos, los que pueden tener distintas capacidades de almacenamiento según su
tamaño.
11
Un silo de almacenamiento de alimento concentrado, es una estructura
cilíndrica, que sirve para almacenar alimento peletizado a granel. Estas estructuras,
confeccionadas en metal, poseen en su parte inferior un cono que facilita la descarga
del mismo mediante un tornillo sinfín instalado en la parte inferior de éste.
En la Figura 1, se puede observar que en su parte superior poseen una abertura
que permite el ingreso del alimento para su almacenaje.
Figura 1
Silo de almacenamiento. (Confortec, 2009)
A esto se le debe agregar que las formas más comunes de adquirir el alimento
concentrado en el comercio agrícola nacional, es en sacos de capacidad de 50 kg,
además de producciones a granel.
12
Problema a investigar
El problema que se busca solucionar se presenta en la mayoría de las
instalaciones productoras de leche de la zona sur del país y tiene referencia con la
acción del llenado de los silos de almacenamiento de alimento peletizado.
Los silos de almacenamiento de alimento concentrado deben ser llenados
desde su parte superior, por lo que el alimento debe ser elevado hasta una altura
adecuada para proceder al posterior llenado.
Esta labor debe llevarse a cabo con una frecuencia determinada y durante todo
el año, sin importar las condiciones climáticas.
Objetivo general
• Estudiar y diseñar una máquina capaz de transportar neumáticamente alimento
peletizado, permitiendo llenar un silo de almacenamiento.
Objetivos específicos
• Estudiar las variables que influyen en la correcta implementación de un sistema
de transporte neumático.
• Definir las características y capacidades que debe reunir el equipo a diseñar.
• Reunir la información técnica necesaria, que permita tener en cuenta las
exigencias que debe cumplir un sistema de transporte neumático de ésta
naturaleza.
• Desarrollar una solución de transporte neumático para efectuar el llenado de
silos, que cumpla con los requisitos de funcionalidad y factibilidad.
13
• Diseñar un sistema modular y de fácil transporte.
• Efectuar el estudio de costos del equipo.
Metodología de trabajo
• Recopilación de la información relevante.
• Investigar en las bases bibliográficas, los conceptos fundamentales que influyen
en el diseño de un sistema de transporte neumático.
• Descripción de los diversos sistemas de transporte neumático.
• Descripción general del modelo, que deberá reunir las características antes
estudiadas.
• Cálculo y diseño del sistema de transporte neumático.
• Estudio de costos, que permita definir el valor estimado de construcción de un
prototipo.
14
Capítulo 1 Importancia del alimento peletizado
En el proceso de crianza bovina, la alimentación adecuada del ganado es
fundamental para asegurar la producción; los diversos nutrientes requeridos por el
animal, son indispensables para mantenerlo en óptimas condiciones, además de ser
los responsables de su crecimiento y el tiempo en que éste se logra.
Es posible encontrar diversas técnicas de alimentación entre distintos planteles,
ya que las dietas son asignadas según parámetros pre-establecidos, tales como la
localidad y la estación del año en que se efectúe el suministro de alimentos.
El crecimiento y desarrollo sólo se obtendrá de manera óptima, si se maneja
apropiadamente el programa de alimentación asignado desde el nacimiento, hasta
completarse la talla y pesos requeridos.
Según (Delgado Rosas, 2006), los alimentos a suministrar a un grupo de
bovinos, dependen básicamente de los requerimientos energéticos, proteicos,
vitamínicos, minerales y de fibras que necesiten para una determinada edad, esto
contrastado con los costos que conlleva una producción de esta índole, por lo que
debe existir un balance económico para así lograr las metas acordadas respecto a los
tiempos que involucra la crianza.
En la Figura 2, queda en evidencia la importancia que representan dentro de
una dieta balanceada los alimentos concentrados. Estos alimentos son fundamentales
en la crianza, pues cumplen un rol muy especial en la evolución de monogástrico al
rumiante, ya que permite el crecimiento de las papilas.
Estos alimentos deben ser suministrados aproximadamente a las dos semanas
de vida con el fin de acostumbrarlos y a la vez reducir el período de lactancia. El
primer concentrado que se entrega al ternero se califica como “iniciador”, que debe ser
acompañado de cantidades de agua suficiente para facilitar la digestión. Luego de
finalizar la iniciación del ternero en la ingesta de alimentos concertados, se procede a
suministrar otro tipo de concentrado, llamado alimento concentrado para terneros en
crecimiento.
15
Figura 2
Requerimientos alimenticios bovinos. (Delgado Rosas, 2006, pág. 24)
16
Capítulo 2 Características físicas del alimento peletizado
Dentro de la gama de alimentos concentrados, se identificarán dos de los más
comúnmente utilizados, los cuales serán considerados en este estudio.
2.1 Pellet de alfalfa
Es un producto de origen vegetal, cuya materia prima es la alfalfa deshidratada.
Esta deshidratación puede ser natural (corte, hilerado, secado a campo y roto
enfardado) o artificial (corte, picado y secado en caldera), ver Figura 3.
Composición: 93% alfalfa 7% melaza Forma: gránulos de 8 milímetros de diámetro, largo variable. Densidad: 670 kg/m3
Fibra: 42% Humedad: 8-10% Proteína: 6-7%
Figura 3
Pellets de alfalfa. (Molygrass, 2008)
17
2.2 Pellet de paja
Es un producto de origen vegetal cuya materia prima es la paja de cereales
deshidratada. Esta deshidratación puede ser natural (corte, hilerado, secado a campo
y roto enfardado) o artificial (corte, picado y secado en caldera), ver Figura 4.
Composición: 95% paja de cereales 5% melazas de remolacha Forma: gránulos de 8 milímetros de diámetro, largo variable Densidad: 550 kg/m3
Fibra: 36% Humedad: 8-10% Proteína: 4-5%
Figura 4
Pellets de paja. (Molygrass, 2008)
18
Capítulo 3 Sistemas de transporte de sólidos a granel
Existen distintos tipos de sistemas de transporte que podrían ser utilizados para
esta aplicación, pero que de alguna u otra manera no presentan la característica de
flexibilidad y movilidad con la que cuenta un sistema neumático, las alternativas son;
un sistema conformado por elevadores de cangilones, cintas transportadoras o un
elevador del tipo tornillo sin-fin.
Un sistema de transporte neumático en cambio, es una alternativa viable,
debido a que posee una gran flexibilidad en cuanto a dirección y distancia de
transporte. Por consecuencia, con el sistema de transporte neumático se ahorra
espacio y éste permite además la implementación de una estación móvil que puede
ser ubicada según las necesidades de cada productor, para llenar silos en distintas
ubicaciones, situación que no sería posible por ejemplo, con un sistema fijo del tipo
tornillo sin-fin.
3.1 Sistemas de transporte neumático
Una de las técnicas más importantes para transportar materiales en la industria,
es el movimiento del material suspendido en un flujo de aire, entre distancias
horizontales y verticales que varían de unos pocos a cientos de metros.
El transporte neumático es usado en la industria para transportar sólidos que
pueden tener un diámetro en un rango de micras hasta 60 mm. Generalmente, este
sistema es empleado cuando la utilización de sistemas convencionales involucra un
alto costo de implementación.
Existe una gran variedad de procesos que emplean transportes neumáticos
para mover sólidos como por ejemplo materiales provenientes de la extracción minera,
productos farmacéuticos, metales pulverizados, etc. Usando sistemas neumáticos, hay
un mínimo riesgo de generación de polvo, e incluso pueden ser transportados con
seguridad materiales peligrosos por medio de aire presurizado.
19
En general, instalar este tipo de sistema de transporte no requiere de mucho
espacio, y las tuberías pueden atravesar paredes, cruzar techos o hasta ubicarse bajo
tierra para evitar equipos o estructuras existentes, mientras que un transportador de
tornillo sin-fin, un elevador de cangilones, o la mayoría de sistemas mecánicos
difícilmente cuentan con estas características. (Mills, 2004, pág. 3).
3.2 Flexibilidad de los sistemas de transporte neumático
Los sistemas de transporte neumático, son en el fondo muy simples y son
eminentemente apropiados para transportar materiales de características uniformes.
Los requerimientos del sistema son; una fuente de gas a presión, comúnmente aire, un
sistema de alimentación, una tubería de conducción, un recipiente donde depositar el
material transportado y una salida para el gas.
El sistema es totalmente cerrado y si fuera necesario, pueden operar
enteramente sin partes móviles que hagan contacto con el material a transportar.
Para transportar materiales se puede utilizar, alta presión, baja presión e incluso
presión negativa. Para materiales higroscópicos se puede utilizar aire previamente
tratado y para materiales potencialmente explosivos, se puede utilizar un gas inerte, tal
como el nitrógeno.
Con una adecuada elección y disposición de los equipos, los materiales pueden
ser transportados a distancias considerables, además que presentan una flexibilidad
respecto de la operación, ya que una línea de transporte puede ser alimentada en
varios puntos, así como también, una línea de transporte puede descargar materiales
en diversos puntos o recipientes de entrega.
Con los sistemas de presión negativa o vacio, los materiales pueden ser
recogidos desde almacenamientos al aire libre y son ideales para limpiar las
acumulaciones de polvo y derrames.
20
El transporte de materiales en sentido vertical, hacia arriba o hacia abajo, no
presenta mayores desafíos que el transporte horizontal. Además las tasas de flujo
pueden ser controladas fácilmente y los sistemas pueden ser diseñados para permitir
su funcionamiento de forma automática.
En la Figura 5 y Figura 6, se pueden observar, dos aplicaciones de transporte
neumático comúnmente utilizadas en las industrias manufactureras.
Figura 5
Sistema neumático de extracción de polvo (Mcat, 2010)
Los sistemas de transporte neumático son particularmente versátiles y se
ajustan a las necesidades de la aplicación donde serán utilizados. Los materiales a
transportar, viajan dentro de tuberías en un ambiente cerrado, lo que significa que
materiales potencialmente peligrosos pueden ser transportados sin dificultad. (Mills,
2004, pág. 4 a 5).
21
Figura 6
Transporte neumático de material fino (Polimak, 2010)
Es muy común encontrar este tipo de sistemas de transporte, en las fábricas
dedicadas a la elaboración de medicamentos, ya que estas utilizan en su gran mayoría
materiales en forma de polvos finos dentro de sus procesos productivos.
3.3 Modos de transporte
Existe mucha confusión sobre como los materiales se comportan dentro de la
tubería o ducto de transporte y la terminología utilizada dado el modo de flujo.
En primer lugar, se debe reconocer que los materiales pueden ser
transportados dentro de la tubería por lotes o bien de forma continua.
De esta forma se pueden reconocer dos tipos o formas de transporte; en el
caso que el material transportado fluya a lo largo de la tubería suspendido en el flujo
de aire a alta velocidad y la concentración de material sea baja, hablaremos de
transporte en fase diluida.
22
Por el contrario, si el material es transportado dentro de la tubería en una
concentración elevada a baja velocidad y no fluye suspendido en el gas, hablaremos
de transporte en fase densa.
3.3.1 Fase diluida
Según (Mills, 2004), prácticamente cualquier material puede ser transportado en
fase diluida. Es posible emplear también el término, flujo en suspensión ya que las
partículas se encuentran suspendidas en el flujo de aire durante el proceso de
transporte. La principal limitante de este modo de transporte son los requerimientos de
velocidad, ya que se necesitan velocidades relativamente altas para asegurar el flujo
de las partículas.
Un sistema de baja concentración o sistema de fase diluida es aquel en donde
el flujo es impulsado a través de la tubería de transporte a una relativa baja presión y
alta velocidad, donde el medio de transporte es un gas, usualmente aire. El material a
ser transportado es introducido a la tubería de una manera controlada permitiendo a
las partículas ser llevadas en suspensión hasta el punto de destino.
Otros puntos a considerar en este tipo de transporte son por ejemplo, que las
partículas entran en contacto con las paredes de las tuberías, especialmente durante
las curvas que el sistema pueda tener. Es por esto que se debe considerar la abrasión
de los materiales al momento de diseñar el sistema.
En la Figura 7 se puede observar cómo se comporta el material dentro de la
tubería, en un sistema de transporte en fase diluida.
23
Figura 7
Fase diluida. (Mactenn, 2009)
A modo de ejemplo, la Figura 8 muestra esquemáticamente los componentes
básicos de un sistema de transporte neumático en fase diluida, continuo y de baja
presión positiva.
Figura 8
Sistema de transporte neumático. (Cabrejos, 2004)
24
En este tipo de sistemas de transporte neumático, el material es transportado
en suspensión dentro de la tubería, las partículas se distribuyen uniformemente en
toda la sección transversal de ésta (flujo homogéneo), la concentración de sólidos es
relativamente baja (inferior a 10 kg de gas por kg de sólido) y la velocidad de
transporte es relativamente alta.
La caída de presión depende de la velocidad del gas de transporte y del flujo de
sólidos. Ésta caída de presión aumenta al aumentar la velocidad del gas, característica
típica en este tipo de sistemas.
En el diagrama de la Figura 9 se puede apreciar que existe una zona inestable y
una zona bajo la cual ya no es posible transportar un material (velocidad mínima de
transporte), características que se deben tomar en cuenta al momento de diseñar un
sistema de esta naturaleza.
Figura 9
Diagrama de estado. (Cabrejos, 2004, pág. 2)
25
3.3.2 Fase densa
En este modo de transporte, se pueden reconocer dos tipos de flujo de material.
El primero es el flujo de cama, ver Figura 10, descrito de esta manera, debido a que
parte de las partículas se depositan en el fondo de la tubería, produciéndose sobre
ellas un flujo de desplazamiento. Este tipo de flujo es posible de lograr, sólo si el
material a transportar posee una buena retención de aire, limitándose típicamente a
polvos finos con un tamaño de partículas promedio entre 40-70 µm.
Figura 10
Flujo de cama. (Mactenn, 2009)
El segundo tipo de flujo es el flujo en bloque, ver Figura 11, que se caracteriza
porque las partículas son transportadas a lo largo de las tuberías literalmente en forma
de bloques separados por espacios de aire.
Este tipo de transporte es posible de lograr, sólo si el material a transportar
presenta una buena permeabilidad y un tamaño de partículas homogéneo. Materiales
granulados y semillas son transportados de esta forma en fase densa.
26
Figura 11
Flujo en bloque. (Mactenn, 2009)
Según (Gonzales, 2006), un sistema de alta concentración o sistema de fase
densa es aquel en donde el material es movido dentro de la tubería de transporte
hacia el punto de destino en un flujo de no-suspensión, es decir, el material avanza
sobre el fondo del ducto, a modo de oleadas gracias a la alta presión del gas. Las
presiones requeridas son más altas que aquellas requeridas en los sistemas de fase
diluida y la concentración de material es considerablemente mayor. El sistema de
transporte de fase densa es esencialmente una operación por tandas mientras que el
sistema de fase diluida es una operación continua.
3.4 Velocidad del aire de transporte
Según (Mills, 2004), en el transporte en fase diluida, se debe mantener una
velocidad de aire relativamente alta, se habla en general de 12 m/s para polvos finos,
16 m/s para un material granular fino, y velocidades aún mayores para partículas de
mayor tamaño. En el transporte en fase densa, las velocidades del aire pueden
disminuir hasta, a 3 m/s y aún menos en determinadas circunstancias.
Estos valores estimados, son medidos o definidos como la velocidad del aire a
la entrada de la tubería de transporte, ya que como sabemos, el aire es compresible, y
ocurrirá que mientras el material es transportado a lo largo de las tuberías, la presión
de aire disminuirá y el caudal se incrementará.
27
3.5 Velocidad de las partículas
En el transporte en fase diluida, con partículas en suspensión, el mecanismo de
transporte es la fuerza de arrastre. Por lo tanto, la velocidad de las partículas será
menor a la velocidad del aire de transporte.
Medir la velocidad de las partículas es un proceso difícil y complejo y a menos
que se trate de un proceso de investigación, esta velocidad generalmente no es
medida. Por lo general, solo se habla de la velocidad del aire en los sistemas de
transporte neumático.
Como regla general según (Mills, 2004), En una tubería horizontal, la velocidad
de las partículas será típicamente cercana al 80% de la velocidad del aire. Esto se
expresa generalmente como la “razón de deslizamiento”, la que se obtiene dividiendo
la velocidad de las partículas por la velocidad del aire, en este caso el valor sería 0.8.
El valor depende del tamaño de las partículas, forma y densidad, por lo que el valor
puede variar en una gama muy amplia. En el flujo en una tubería vertical un valor
típico de la tasa de deslizamiento es de 0,7.
Estos valores se refieren a velocidades constantes a lo largo de las tuberías,
desde el punto en que se alimenta el material a la tubería, codos y cualquier otra
alteración de flujo posible.
En el punto en el que se alimenta el material a la tubería, se asume que este
tendrá una velocidad igual a 0. El material será luego acelerado por el aire de
transporte a lo largo de la tubería hasta alcanzar su velocidad de desplazamiento. Este
proceso ocurrirá durante algunos metros de la tubería, los que se conocen como
longitud de aceleración. La distancia real dependerá una vez más del tamaño, forma y
densidad de las partículas.
Según (Gonzales, 2006), es posible determinar el valor de la velocidad mínima
de transporte de un material del que no se hayan efectuado pruebas en laboratorios y
del que no se tengan registros, mediante el concepto de la velocidad final.
28
La velocidad final es aquella que alcanza una partícula cuando cae libremente
por un fluido viscoso y las fuerzas que actúan sobre ella se equilibran (fuerza de
gravedad, empuje y fuerza de arrastre). De igual manera, si la partícula es soplada con
la velocidad final hacia arriba, ésta no se moverá, entonces la velocidad final puede
ser tomada como la velocidad mínima para que las partículas puedan ser suspendidas
en el aire y a partir de la cual en la medida de sufrir un incremento, será posible el
transporte.
Según (Gonzales, 2006, pág. 27 a 29), para encontrar este valor se deberá
utilizar la siguiente variación de la ecuación de Newton:
4 · · ·3 · ·
(1)
Donde:
Vf: Velocidad final de la partícula (m/s)
g: Aceleración gravitacional (9.81 m/s2)
ds: Diámetro de sección de la partícula (m)
γs: Peso específico del material (kgf/m3)
γa: Peso específico del aire (kgf/m3)
Cd: Coeficiente de arrastre
El coeficiente de arrastre para cuerpos cilíndricos es posible obtenerlo a partir
del gráfico en la Figura 12.
29
Figura 12
Coeficiente de arrastre de cuerpos cilíndricos. (Mills, 2004)
3.6 Razón de carga de sólidos
La razón de carga de sólidos o densidad de fase, es un parámetro muy útil para
ayudar a visualizar el tipo de flujo dentro de la tubería de transporte. Se define como la
masa total del material transportado dividido en la masa total del aire utilizado para
realizar el transporte (Mills, 2004, pág. 7). Esta razón tiene una forma a-dimensional,
por lo que se expresa como un número sin unidades mediante la siguiente fórmula:
3,6
(2)
Donde:
Φ: Razón de carga; (a-dimensional)
30
mp: Masa del flujo de material; (Ton/h)
ma: Masa del flujo de aire; (kg/s)
Dado que generalmente la masa o peso del sólido transportado se expresa en
unidades de toneladas/hora y a su vez, el caudal másico de aire es calculado en
Kilogramos/segundo, se utiliza la constante 3,6 para transformar el término a forma a-
dimensional.
Una característica particular de este parámetro, es que su valor se mantiene
prácticamente constante a lo largo de la tubería de transporte, a diferencia de la
velocidad de transporte y del caudal volumétrico que cambian constantemente.
De acuerdo a esta “razón de carga de sólidos”, se define como norma general lo
siguiente:
• Sistemas de baja concentración o fase diluida
20
• Sistemas de alta concentración o fase densa
20
3.7 Influencia del diámetro de la tubería de transporte
El diámetro de la tubería de transporte, tiene probablemente el efecto más
significativo sobre la velocidad del flujo volumétrico. La tasa de flujo volumétrico a
través de una tubería depende de dos condiciones, la velocidad media del flujo en un
punto determinado y del área de la sección de la tubería en dicho punto. La relación
es:
31
·
(3)
Donde:
V: Volumen de aire; (m3/s)
C: Velocidad del aire de transporte; (m/s)
A: Área de la sección; (m2)
Para el caso de una tubería circular la ecuación será:
4
(4) o bien:
4 /
(5)
En la Figura 13 se representa mediante un gráfico estas ecuaciones,
comparando la tasa de flujo volumétrico de aire vs la velocidad del aire de transporte,
con una serie de líneas que representan la relación para diferentes diámetros de
tubería.
Se consideran velocidades de aire de alrededor de 2 a 40 m/s con el objeto de
cubrir los dos extremos, la velocidad mínima de transporte en fase densa y la
velocidad máxima en fase diluida.
32
Figura 13
Influencia de la sección del área de la tubería. (Mills, 2004, pág. 188)
El aire en el inicio de una línea de transporte, tendrá siempre una presión mayor
que al final de la línea, debido a la caída de presión, necesaria para el flujo de
materiales.
La densidad disminuye con la disminución de la presión y así, en una tubería de
sección constante, la velocidad del aire aumentará gradualmente desde el principio
hasta el final de ésta
El diámetro de la tubería de transporte es una de las variables principales en
términos de lograr una determinada tasa de flujo de material.
En combinación con la caída de presión a lo largo de la tubería, es posible
encontrar que una amplia gama de diferentes diámetros de tubería, capaces de
cumplir con los requisitos de transporte. Como ejemplo, en la Figura 14 se puede
observar un gráfico que compara dos tipos de materiales distintos.
33
Figura 14
Gráfico comparativo presión de aire vs diámetro de tubería, para 2 tipos de materiales. (Mills, 2004,
pág. 332)
3.8 Ley de los gases ideales
Según (Mills, 2004), la relación entre la masa, flujo volumétrico, presión y
temperatura de un gas, se puede determinar a partir de la ley de los gases ideales:
(6)
Donde:
p: Presión de aire absoluta; (kN/m2).
V: Volumen de aire; (m3/s).
m: Masa; (kg/s).
34
R: Constante característica de los gases; (kJ/kg ·K)
T: Temperatura absoluta; (°K)
Reorganizando la ecuación:
Para un gas determinado a flujo constante:
Por lo tanto:
(7)
Donde los subíndices 1 y 2 se refieren a dos puntos distintos a lo largo de la
tubería de transporte.
Para condiciones de aire en estado libre:
(8)
35
Donde el subíndice 0 se refiere a las condiciones normales del aire y el
subíndice 1 a un punto cualquiera a lo largo de la tubería.
p0: 101,3 (kN/m2)
T0: 288 (°K)
V0: Entrega de aire libre
Sustituyendo estos valores en la ecuación (9) se obtiene:
288 ·101,3 ·
· 2,843 ·
(9)
o bien:
0,352 · /
(10)
3.8.1 Densidad del aire
La densidad del aire (ρ), o de cualquier gas, está dada por la relación existente
entre la masa del gas (m) dividida por el volumen (V) que utiliza. De este modo se
puede expresar la densidad de la siguiente manera (Mills, 2004, pág. 212):
(11)
36
La ley del gas ideal presentada en la ecuación (8) es aplicable tanto a una masa
de aire como a un flujo de éste, por lo tanto:
(12)
Un valor de referencia, es el de la densidad de aire en condiciones normales de
aire; para esta condición, la constante característica del aire (R) tiene un valor de
0,2871 kJ/kg, la presión atmosférica es igual a 101,3 kN/m2 y la temperatura ambiental
(T) es igual a 288 °K.
Por lo tanto, reemplazando estos valores obtenemos que la densidad del aire en
condiciones normales es:
1,225 /
Se puede apreciar, a partir de la ecuación (14), que la densidad del aire es una
función de la presión y la temperatura, con un aumento de la densidad a mayor
presión, y una disminución de ésta a menor temperatura.
En la Figura 15, puede apreciarse la influencia de la presión y la temperatura
sobre la densidad del aire.
37
Figura 15
Influencia de la presión y temperatura en la densidad del aire. (Mills, 2004, pág. 213)
3.9 Transporte vertical
La mayoría de los sistemas de transporte neumático tiene un elemento de
transporte vertical a lo largo de la tubería de transporte. Por lo general, la mayoría de
los sistemas busca transportar verticalmente hacia arriba, y al final de la tubería,
descargar el material en una tolva o silo.
Los trazados pueden incluir secciones de transporte vertical hacia arriba y hacia
abajo para cruzar pasillos o evitar obstrucciones.
Transportar verticalmente hacia arriba o hacia abajo no presenta problemas
adicionales, incluso es potencialmente más fácil, ya que la velocidad mínima del aire
de transporte, para el flujo vertical hacia arriba es generalmente inferior a la de flujo
horizontal.
38
Generalmente no es posible aprovechar esta condición, ya que la mayoría de
los sistemas incorporan combinaciones de secciones tanto horizontal como vertical,
por lo tanto las velocidades de aire son especificadas en términos de los
requerimientos para el transporte horizontal.
Es probablemente en la minería donde se encuentran aplicaciones con
importantes longitudes de tubería vertical
3.10 Capacidad de un sistema de transporte neumático
La capacidad de un sistema de transporte neumático, en términos de lograr una
determinada tasa de flujo de materiales, depende fundamentalmente de la caída de
presión a lo largo de la línea de transporte y del diámetro de la tubería.
En muchos casos la presión de trabajo se determina por el deseo de utilizar un
tipo de compresor o ventilador específico. Esto se debe, a que es frecuente poder
seleccionar dentro de una amplia gama, la combinación de presión y diámetro de
tubería adecuado para la aplicación deseada.
Pocas veces existe una solución única para el diseño de un sistema de
transporte neumático, por lo que es importante analizar adecuadamente la aplicación o
sistema que se desea implementar. Únicamente si se requiere un flujo de material muy
alto, las opciones pueden ser limitadas (Mills, 2004).
3.11 Pérdidas de carga
Según (Gonzales, 2006), existe una caída de presión asociada a la aceleración
de las partículas por un flujo de aire, la que debe ser tomada en cuenta en ciertas
circunstancias. No solo en el punto de alimentación del material ocurre una caída de
presión, sino también, en las curvas del sistema de tuberías y a lo largo de éstas.
39
Esto se debe a que las partículas al enfrentar una curva impactan la pared de la
tubería y son retardadas, por lo que la velocidad de deslizamiento a la salida de una
curva es menor que a la entrada de ésta, por lo que las partículas deberán ser
nuevamente aceleradas hasta su velocidad de deslizamiento. Esta caída de presión
se incorpora usualmente a la pérdida general asociada a una curva.
Es por eso, que cada término de caída de presión está compuesto por una
caída provocada por el aire (∆Pa) y una caída debido a las partículas (∆Ps).
A continuación se presenta la descripción matemática del modelo teórico-
empírico para calcular la caída de presión de un sistema neumático. (Keys &
Chambers, 1995, pág. 59 a 65) (Gonzales, 2006, pág. 46 a 49)
3.11.1 Caída de presión total en la línea de transporte
∆ í ∆ ∆ ∆ ∆
(13)
3.11.2 Pérdida por aceleración
∆ · 2 · · 1 2 · ·
(14) Donde:
Va: Velocidad del aire (m/s)
Vs: Velocidad de la partícula (m/s)
µ: Concentración de partículas
γa: Peso específico del aire (kgf/m3)
40
Cálculo de la concentración de partículas:
(15)
Donde:
Gs: Peso del sólido a transportar
Ga: Peso del aire de transporte
·
(16)
Donde:
Q: Caudal de aire
··4
(17)
Cálculo de la velocidad de la partícula:
· 1 0,008 · , · ,
(18)
41
Donde:
Vs: Velocidad de la partícula (m/s)
Va: Velocidad del aire (m/s)
ds: Diámetro de sección de la partícula (mm)
γs: Peso específico del material (kgf/m3)
3.11.3 Pérdida en tuberías verticales
∆ · · · ·
(19)
Donde:
Lv: Longitud vertical (m)
3.11.4 Pérdida en tuberías horizontales
∆ · 2 · · · ·
(20)
Donde:
LH: Longitud horizontal (m)
fa : Factor de fricción del aire
42
fs : Factor de fricción de la partícula
Factor de fricción del aire
1,325
3,7 ·5,74
,
(21)
Donde:
є/D: Rugosidad relativa.
Re: Número de Reynolds
·
(22)
Donde:
va: Viscosidad cinemática (m2/s)
43
Factor de fricción de la partícula
2,1 · , ·/ ,
, ·
(23)
Válido para ds < 0.5 mm
0,082 · , ·/ ,
, · ,
(24)
Válido para ds > 0.5 mm
Donde:
Frs: Número de Froude para la partícula
·
(25)
Fra: Número de Froude para el aire
·
(26)
44
3.11.5 Pérdida en codos
∆ · · 1 · ·2 ·
(27)
Donde:
N: Número de codos en la tubería de transporte.
Kc: Factor según la siguiente tabla.
Rc/Dc Kc
2 1.5
4 0.75
≥6 0.5
Donde:
Rc: Radio del codo
Dc: Diámetro de la tubería
45
Capítulo 4 Análisis del inyector de carga tipo Venturi
Para lograr la mescla aire-material, es necesario diseñar un sistema de
alimentación adecuado, que permita el correcto ingreso de material en el flujo de aire.
Las particulares ventajas de la utilización de alimentadores del tipo Venturi, Figura 16,
en sistemas de transporte neumático de presión positiva son; no requieren de mayor
espacio para su instalación, no existen partes móviles y, si el alimentador está
correctamente diseñado, no hay fugas de aire hacia el exterior, problema típico en
otros tipos de alimentadores (Mills, 2004, pág. 225).
Figura 16
Alimentador de carga tipo Venturi. (Mills, 2004, pág. 225)
Una de las consecuencias de la reducción del área de flujo, es el aumento de la
velocidad de arrastre del aire y una correspondiente baja en la presión, en esta zona
en particular. Con un correcto diseño del alimentador, la presión en la zona de carga
será levemente mayor a la presión existente en la tolva de suministro, la que
generalmente se encuentra abierta al exterior, por lo que la presión de ésta será la
atmosférica. Esto favorece el ingreso del material por acción de la gravedad, a la
46
tubería de transporte, y bajo estas condiciones no habrá fugas de aire desde el
alimentador hacia el exterior (Mills, 2004, pág. 225 a 226).
Para comprender las limitaciones de este tipo de alimentadores, se presentan a
continuación las siguientes ecuaciones termodinámicas. Los dos parámetros de mayor
interés en los alimentadores de Venturi son la velocidad en la garganta y el diámetro
de esta zona. De la ecuación de flujo de energía constante entre la entrada de aire (i) y
la garganta (t) se obtiene:
2 2
(28)
Donde:
Cp: Calor específico (J/kg·K)
Ti: Temperatura absoluta en la entrada (°K)
Tt: Temperatura absoluta en la garganta (°K)
Ci: Velocidad del aire de transporte a la entrada (m/s)
Ci: Velocidad del aire de transporte en la garganta (m/s)
De los cuales:
2 ,
(29)
47
Si se asume un modelo de expansión isoentrópico para el venturi, entonces:
(30)
Donde:
Tt: Temperatura en la graganta (°K)
Ti: Temperatura de entrada (°K)
pt: Presión en la garganta (kN/m2) abs
pi: Presión en la entrada (kN/m2) abs
γa: Peso específico del aire (kgf/m3)
Sustituyendo la ecuación (30) en la ecuación (29), se obtiene:
2 1
,
(31)
De la ecuación de continuidad se tiene:
(32)
Donde:
A: Área de la sección; πd2/4 (m2)
48
ρ: Densidad del gas (kg/m3)
Trabajando la ecuación se obtiene:
· ·,·
(33)
Sustituyendo la ecuación (30) en la ecuación (33):
·
,
·
(34)
Donde:
dt: Diámetro de la garganta (mm)
di: Diámetro de la tubería de entrada (mm)
Ci: Velocidad del aire en la entrada (m/s)
Ct: Velocidad del aire en la garganta (m/s)
Ti: Temperatura de entrada (°K)
pt: Presión en la garganta (kN/m2) abs
pi: Presión en la entrada (kN/m2) abs
49
Capítulo 5 Diseño del sistema de transporte neumático
La selección del ventilador, es sin lugar a dudas una de las decisiones más
importantes de tomar a la hora de diseñar un sistema de transporte neumático.
Comúnmente, es el ítem que involucra el mayor gasto de capital en un sistema de
estas características y la capacidad de transporte de todo el conjunto, depende de
la correcta selección de éste.
La clasificación del ventilador se expresa en la presión mínima de alimentación
y en el caudal de aire que entregará a la red de tuberías de transporte. Cualquier
error en esta especificación, se traducirá en un sistema sobre exigido, que no es
capaz de alcanzar la tasa de flujo de material proyectado, o peor aún, traducirse en
un bloqueo o atascamiento en la línea de transporte, impidiendo el flujo de material
hasta el punto de descarga.
Uno de los aspectos más importantes por definir, para el correcto
funcionamiento del sistema de transporte neumático, es la velocidad del aire de
transporte a la entrada de la tubería. Este parámetro es clave para asegurar un
flujo continuo de material dentro del sistema.
Es necesario entonces, para el correcto diseño del sistema, comenzar por fijar
diversas variables que influyen directamente el proceso de cálculo, tal es el caso,
del tipo de material que se desea transportar, la cantidad de material que se desea
transportar y a qué distancia se desea transportar dicho material.
5.1 Material a transportar
Nombre del material: Pellet de alfalfa (corresponde al material más denso)
Propiedades a granel:
Densidad: 670 kg/m3
Tamaño partículas: Diámetro 8mm, largo promedio 20 mm
50
5.2 Velocidad mínima de transporte
Se comenzará por determinar la velocidad mínima de transporte para el material
seleccionado, utilizando la ecuación de Newton (1):
4 · · ·3 · ·
(1)
Para seleccionar el coeficiente de arrastre (Cd) del material a transportar, se
debe obtener su relación de aspecto de acuerdo a las medidas de las partículas a
partir de la siguiente fórmula:
208 2,5
A partir de la relación de aspecto calculada, se procede a determinar el valor del
coeficiente de arrastre (Cd) en el gráfico de la Figura 12, que para éste tipo de
partículas en particular es igual a 0,82.
Reemplazando los siguientes valores en la ecuación (1), se encuentra el valor
de la velocidad final (Vf):
g: Gravedad; 9.81 (m/s2)
ds: Diámetro sección; 0,008 (m)
51
γs: Peso específico del material; 670 (kgf/m3)
γa: Peso específico del aire; 1,225 (kgf/m3)
Cd: Coeficiente de arrastre; 0,82
4 · 9,81 · 0,008 · 670 1,2253 · 0,82 · 1,225
8,3467 /
5.3 Capacidad del sistema
Para efectos de diseño, es necesario definir cuál será la capacidad del sistema.
Esta capacidad se define generalmente en función a una unidad de tiempo, por
ejemplo Ton/Hr.
En este caso considerando que la capacidad de un silo de almacenamiento es
en promedio de 15 Ton, y no perdiendo de vista que uno de los objetivos es diseñar un
equipo modular y de fácil transporte, se definirá que la capacidad del equipo será de 3
Ton/hr.
5.4 Longitud de la tubería de transporte
Es necesario definir en este punto, la distancia de transporte, así como la
dirección y todos los detalles de la tubería.
Es primordial definir la distancia real que recorrerá la tubería de transporte, así
como también definir claramente la orientación de los distintos tramos que
52
compondrán el sistema, junto con el número de curvas para proceder a calcular luego
las pérdidas de carga del sistema.
La longitud de la tubería de transporte debe ser considerada en términos de las
longitudes individuales de los tramos horizontales, verticales hacia arriba y verticales
hacia abajo.
La geometría de las curvas se considera en términos del ángulo que describen
y la relación del diámetro de estas (D) y el diámetro de la tubería (d).
Figura 17
Tubería de transporte de material.
53
5.5 Diámetro de la tubería de transporte
Como ya fue explicado, el diámetro de la tubería de transporte es una de las
variables principales en términos de lograr una determinada tasa de flujo de material.
Es por esto necesario, seleccionar de forma intuitiva un diámetro de tubería.
En caso que el diámetro seleccionado no cumpla con los requisitos, será
necesario volver a seleccionar un diámetro de tubería distinto, para asegurar la tasa de
flujo requerida en el sistema.
Diámetro seleccionado para la tubería de transporte: 150mm.
5.6 Velocidad de transporte a la entrada de la tubería
Al final del proceso de diseño surgirán dos valores; uno es el diámetro de la
tubería de transporte y el otro son los requerimientos de aire en términos del flujo
volumétrico y la presión, es por esto que es necesario evaluar la velocidad de
transporte.
La velocidad del aire a la entrada de la tubería (C1), no es un parámetro cuyo
valor sea estimado, sino que debe ser calculado.
Para el transporte en fase diluida, el valor mínimo (Cmin) de la velocidad de
transporte, será típicamente mayor a los 10 m/s. Como ejemplo, la literatura destaca
los siguientes valores; Cemento 10-11 m/s, Alumina granulada 13-14 m/s, Azúcar
granulada 16 m/s.
Para propósitos de diseño, el valor de la velocidad de transporte (C1), será
adoptada como el valor mínimo de trasporte más un 20 por ciento.
1,2 ·
(35)
54
Evidentemente no es aconsejable seleccionar el valor mínimo de la velocidad
del aire de transporte para fines de diseño, éste margen es para permitir un aumento
en la tasa de flujo de material y como factor de seguridad.
Luego de haber calculado el valor de la velocidad final para la partícula en el
punto 0, se seleccionará una velocidad de transporte mínima de 15 m/s, para asegurar
un flujo continuo de material; por lo tanto, reemplazando en la ecuación (35):
1,2 · 15
18 /
Por lo tanto, la velocidad de transporte en la entrada de la tubería (C1), será
igual a 18 m/s.
5.7 Caída de presión del sistema
Tal vez una de las características más importantes de determinar en un sistema
de transporte neumático, es la caída de presión del sistema. Esta caída de presión se
compone de la suma total de las caídas de presión originadas por diversos factores,
tales como, la pérdida de carga por la aceleración. Las partículas que ingresan al
sistema, deben ser aceleradas hasta alcanzar la velocidad de transporte, lo que
origina una pérdida de carga.
Un fenómeno similar ocurre en las curvas del sistema, ya que luego que las
partículas al momento de enfrentar un codo, impactan las paredes interiores de la
tubería de transporte sufriendo una desaceleración, por lo que el sistema debe volver
a acelerarlas hasta la velocidad normal de transporte.
55
A su vez, debido al largo de los tramos de transporte, en sentido horizontal y
vertical, se producen pérdidas de carga, las que afectan la pérdida de carga total del
sistema.
Para calcular la pérdida de carga del sistema, haremos uso de la ecuación (13),
que considera cada una de las pérdidas ocasionadas por los fenómenos antes
descritos.
Para esto, se debe antes identificar individualmente cada una de las pérdidas
de carga que ocurren en el sistema.
5.7.1 Cálculo de la pérdida de carga por aceleración
∆ · 2 · · 1 2 · ·
(14)
Se debe comenzar por calcular la concentración (µ) y la velocidad de la
partícula (Vs), a partir de las ecuaciones (15) y (18) respectivamente.
(15)
Gs: Peso de sólido a transportar; 3 Ton/hr = 0,8333 kg/s
Ga: Peso del aire de transporte
56
·
(16)
Q: Caudal de aire
··4
(17)
18 ·· 0,154 0,3181 /
Por lo tanto:
1,225 · 0,3181 0,3897 /
Ahora se procede a calcular la concentración (µ):
0,83330,3897 2,1383
Cálculo de la velocidad de la partícula:
· 1 0,008 · , · ,
(18)
57
18 · 1 0,008 · 8 , · 670 , 11,0445 /
Ahora reemplazando estos valores en la ecuación de la pérdida de carga por
aceleración (14), se obtiene:
∆ · 2 · · 1 2 · ·
(14)
∆ 1,225 ·18
2 · 9,81 · 1 2 · 2,1383 ·11,044518
∆ 72,3208
5.7.2 Cálculo de la pérdida de carga en tuberías verticales
∆ · · · ·
(19)
Donde:
Lv : Longitud vertical (m)
Reemplazando los valores en la ecuación:
58
∆ 2,1381 · 1,225 · 9,81 · 8 ·18
11,0445
∆ 335,0349
5.7.3 Cálculo de la pérdida de carga en tuberías horizontales
∆ · 2 · · · ·
(20)
Donde:
LH: Longitud horizontal; 5 (m)
fa : Factor de fricción del aire
fs : Factor de fricción de la partícula
Factor de fricción del aire:
1,325
3,7 ·5,74
,
(21)
Donde:
є/D: Rugosidad relativa; 0,00045. (Anexo 1)
59
Re: Número de Reynolds
·
(22)
Donde:
va: Viscosidad cinemática del aire a 288( °K); 1,51x10-5 (m2/s).
Reemplazando los valores en la ecuación (22):
18 · 0,151,51 10 178808
Reemplazando los valores en la ecuación (21):
1,32513,7 · 0,00045
5,74178808 ,
0,0163
60
Factor de fricción de la partícula:
0,082 · , ·/ ,
, · ,
(24)
Válido para ds > 0.5 mm
Donde:
Frs: Número de Froude para la partícula:
·
(25)
Reemplazando los valores en la ecuación (25):
8,34679,81 · 0,008 887,7090
Fra: Número de Froude para el aire:
·
(26)
61
Reemplazando los valores en la ecuación (26):
189,81 · 0,15 220,1835
Reemplazando los valores en la ecuación (24):
0,082 · 887,7090 , ·0,15/0,008 ,
2,1383 , · 220,1835 ,
0,0046
Para encontrar la pérdida de carga en los tramos horizontales, se deben
reemplazar estos valores en la ecuación (20):
∆ 1,225 ·18
2 · 9,81 ·5
0,15 · 0,0163 2,1383 · 0,0046
∆ 17,6530
62
5.7.4 Cálculo de la pérdida de carga en los codos
∆ · · 1 · ·2 ·
(27)
Reemplazando los valores en la ecuación (27):
∆ 2 · 1,5 · 1 2,1383 · 1,225 ·18
2 · 9,81
∆ 190,4780
5.7.5 Cálculo de la pérdida de carga del sistema
Finalmente, la pérdida de carga del sistema, será la sumatoria de las pérdidas
calculadas, en base a la ecuación (13):
∆ í ∆ ∆ ∆ ∆
(13)
Reemplazando los valores en la ecuación (13):
∆ í 72,3208 335,0349 17,6530 190,4780
∆ í 615,4867
63
∆ í 0,0605
5.8 Cálculo de la masa del flujo de aire
La determinación de la masa del caudal de aire, es la primera etapa en la
evaluación de la razón de carga de los sólidos (Φ) y además proporciona un control
sobre el valor de la velocidad de transporte en la entrada de la tubería.
La masa del caudal de aire se puede evaluar a partir de la Ley de los gases
ideales, tal como se expresa en la siguiente fórmula:
4
(36)
Donde:
ma: Masa del caudal aire (kg/s)
R: Constante universal de los gases ideales (kJ/kg·K)
Reordenando la ecuación en términos de la masa del caudal de aire y
sustituyendo la constante universal de los gases ideales para el aire, igual a R= 0,287
(kJ/kg·K) (Anexo 2) se obtiene:
2,74
(37)
64
p1: 101,3+100(0,0605) kN/m2
C1: 18 m/s
d2: (0,15)2 m
T: 15°c (temperatura ambiente) = 15+273 = 288 °K
Reemplazando:
2,74 · 101,3 100 0,0605 · 18 · 0,15288
0,4136 /
5.9 Cálculo de la razón de carga de sólidos
La razón de carga de sólidos, es la relación entre la masa del flujo de material
(mp) especificado en el punto 5.3 Capacidad del sistema y la masa del caudal del flujo
de aire calculado en el punto 5.8 Cálculo de la masa del flujo de aire.
3,6
(2)
Por lo tanto, reemplazando los siguientes valores en la ecuación (2) se obtiene:
mp: 3 (Ton/hr)
ma: 0,4136 (kg/s)
65
33,6 · 0,4136
2,0147
5.10 Cálculo del volumen de aire requerido
Procederemos a determinar el volumen de aire requerido por el sistema, para
esto se utilizará la ecuación propuesta por (Mills, 2004, pág. 363), quien señala que los
requerimientos de aire en función del flujo volumétrico se expresa de la siguiente
manera:
· /
(38)
Reordenando la ecuación (38) y sustituyendo los valores obtenemos:
(39)
0,41361,225 0,3376 /
0,3376 / 20,2589 / 1215,53 /
66
Capítulo 6 Selección del ventilador
Una vez realizados los cálculos de pérdida de carga y volumen requerido, es
posible seleccionar un ventilador adecuado, que cumpla con estos requerimientos.
La selección del ventilador se realiza a partir de la curva característica de éste,
la que grafica la capacidad del ventilador, de acuerdo a sus características
constructivas. La curva característica de un ventilador, compara dos parámetros
fundamentales, el caudal de aire y la presión de trabajo.
A partir de los valores calculados en los puntos 5.7.5 y 5.10, se procederá a
seleccionar un ventilador adecuado para el sistema.
Los requerimientos del sistema son:
1. Presión de aire: 615 mm H2O
2. Volumen requerido: 1215 m3/hr
Se seleccionará un ventilador de una marca representada en el país a fin de
obtener garantía del equipo y repuestos.
Realizada la consulta en diferentes catálogos, el ventilador que mejor se adapta a
los requerimientos del sistema es el siguiente (Anexo 3):
Marca: CASALS Ventilación S.L Origen: España Modelo: AA 60/7 T2 10 Punto de diseño: 1380 m3/hr 680 mm H2O Potencia: 7,5 Kw
67
A continuación en la Figura 18, se observa la curva característica del ventilador
seleccionado, enfrentada a la curva de diseño, donde se observa un margen
disponible respecto de la presión de servicio y caudal, los que aseguran el correcto
funcionamiento del sistema.
Figura 18
Curva característica del ventilador seleccionado. (Casals, 2010)
68
Capítulo 7 Diseño del sistema de alimentación de carga tipo Venturi
En este punto se procederá a dimensionar el alimentador de carga tipo Venturi,
en base a los datos obtenidos en los puntos anteriores.
A partir de la ecuación (31) se obtiene:
2 1
,
(31)
Para el caso del aire:
Cp: 1000 J/kg (Anexo 4)
γa: Peso específico del aire; 1,225 (kgf/m3)
Ti : Temperatura absoluta, 288 (°K)
pt: Presión atmosférica; 101,3 (kN/m2)
pi: Presión a la entrada; pt + pérdida de carga; 101,3 + 6,0462 (kN/m2)
2 · 1000 · 288 1101,3107,3
,18
,
80,1544 /
69
Reemplazando el valor Ct en la ecuación (34):
·
,
·
1880,1544 ·
101,3107,3
, ,
· 150
72,7847
Por lo tanto, el diámetro de la zona de la garganta del alimentador, será de 73
mm.
En la Figura 19, se aprecia el diseño del alimentador de carga con los valores
calculados.
Figura 19
Alimentador de carga del sistema.
70
Figura 20
Vista general del alimentador de carga
A continuación, en las siguientes figuras, se aprecia un prototipo del equipo de
transporte neumático para alimento peletizado.
71
Figura 21
Prototipo del equipo de transporte neumático.
72
Figura 22
Vista frontal del prototipo.
73
Figura 23
Vista general del prototipo.
74
Figura 24
Vista general del prototipo.
Las características generales de este equipo son las siguientes:
• Motor de accionamiento eléctrico trifásico.
• Cuenta con una tolva de carga que recibirá el material a transportar, desde los
sacos de almacenamiento.
• El alimento peletizado ingresará a la tubería de transporte por la parte inferior
de la tolva con la ayuda del inyector de tipo Venturi.
75
• El ventilador ubicado en la parte posterior, deberá estar en funcionamiento al
momento de verter el alimento en la tolva de carga, para evitar así
atascamientos de material en la tubería de transporte.
• A la salida del inyector Venturi, se fijará la tubería de transporte, mediante 2
abrazaderas de 6” de diámetro.
• En caso de atascamiento del alimento a lo largo de la tubería de transporte, se
deberá desmontar esta para retirar el material en exceso, retirando las
abrazaderas que la sujetan al inyector.
76
Capítulo 8 Análisis de costo de fabricación de un prototipo
En este capítulo se procederá a analizar el costo de fabricación aproximado de
un prototipo del equipo proyectado.
Producto Tienda Cant.Precio unitario Precio total
Chasis del quipo y tolva de carga 1 Perfil ángulo laminado 30x30x3mm MCT 3 $ 5.600 $ 16.800 2 Pletina 20x3mm MCT 3 $ 2.800 $ 8.400 3 Perfil costanera 150x50x15x4mm MCT 3 $ 26.299 $ 78.897 4 Plancha acero 3000x1000x3mm MCT 3 $ 33.084 $ 99.252 5 Plancha acero 3000x1000x5mm MCT 1 $ 55.140 $ 55.140 6 Cañería ASTM 3" MCT 1 $ 45.181 $ 45.181 7 Masas llanta aro 13 AutoCastillo 2 $ 16.450 $ 32.900 8 Llanta aro 13 AutoCastillo 2 $ 15.600 $ 31.200 9 Paquete de resortes Resortes Ogas 2 $ 18.900 $ 37.800
10 Neumático Hankook 185/70R13 Sodimac 2 $ 35.286 $ 70.572
Partes y piezas
11
Ventilador CASALS; modelo AA 60/7 T2 10 Aerolite S.A 1 $ 1.245.600 $ 1.245.600
12 Tubería plástico flexible 6" Dijar 15 $ 15.870 $ 238.050 13 Abrazadera T-524 Acero Inoxidable Dijar 4 $ 4.132 $ 16.528
14 Inyector tipo venturi Hojalatería Lorca 1 $ 68.500 $ 68.500
15 Gastos generales (soldadura, fungibles) 1 $ 150.000 $ 150.000
Total neto $ 2.194.820
IVA $ 417.016
Total c/IVA $ 2.611.836
77
Mano de obra estimada 16 H.H maestro soldador 40 $ 4.500 $ 180.000 17 H.H ayudante 40 $ 2.500 $ 100.000
Costo Total $ 2.891.836
Mediante este cuadro estimativo de los costos de fabricación y en base a las
cotizaciones realizadas en el comercio local, se logró establecer que el costo final de
la fabricación de un prototipo será de $ 2.891.836.- CLP, valores cotizados al día 08 de
Noviembre del 2010.
78
Conclusiones
Una vez realizado el correspondiente estudio de los diversos factores que afectan
el correcto funcionamiento de un sistema de transporte neumático y realizados los
respectivos cálculos de diseño, se puede concluir; que un sistema de estas
características, es una alternativa viable, para solucionar el problema del llenado de
los silos de almacenamiento de alimento peletizado.
Los objetivos planteados para este estudio fueron cumplidos a cabalidad, ya que
se demuestra con base científica mediante los cálculos, que es posible fabricar un
equipo de naturaleza neumática para la solución del problema.
Se estudiaron las principales variables que influyen en el diseño de un sistema de
transporte neumático, estas son; la velocidad final de las partículas, la pérdida de
carga del sistema y el caudal de aire requerido. Respecto de la velocidad final de las
partículas, se puede concluir, que es el primer valor a determinar en el proceso de
cálculo, ya que condicionará la velocidad de transporte a lo largo del sistema y definirá
de ésta manera, aspectos como el caudal de aire requerido. Otra variable importante
dentro del proceso de diseño es, la pérdida de carga del sistema, al tratarse de un
sistema de presión positiva, se deben identificar individualmente las zonas donde
existe una disminución de la presión del flujo de aire. Al sumar estas pérdidas de carga
se obtiene la pérdida total del sistema, la que influirá directamente en la selección del
ventilador.
Se definieron las características que debía cumplir un equipo de transporte
neumático, para ser considerado como una alternativa para solucionar el problema
planteado. En este aspecto, fue necesario comenzar por definir una tasa de flujo
esperada para el equipo, en base a la cual se realizaron los cálculos de diseño. Una
variable importante a considerar al momento de definir una tasa de flujo esperada, es
el diámetro de la tubería de transporte que se seleccionará, ya que ésta influirá de
manera inversamente proporcional al volumen de aire requerido por el sistema. Esto
quiere decir, que en el caso de seleccionar un diámetro de tubería de transporte
79
incorrecto, el resultado podría traducirse un sobredimensionamiento del ventilador, lo
que claramente incurrirá en un elevado costo de fabricación posterior.
Mediante el proceso de cálculo, se logró determinar los requerimientos de presión
y caudal de aire requeridos por el equipo proyectado. Estos dos valores influyen
directamente en la selección del tipo de ventilador que debe ser utilizado en el
sistema. El modo de realizar esta selección, se basa en la curva característica de cada
ventilador, la que grafica el desempeño de éste en diversos puntos de operación.
Realizar una correcta selección del ventilador es de gran importancia, ya que si esto
no se hace de manera correcta, se puede incurrir en mayores costos de fabricación y
operación del sistema, e incluso, en una situación de no flujo a lo largo de la tubería de
transporte si el ventilador se sub-dimensiona.
En base al análisis de los costos de fabricación del prototipo, se estableció un
valor estimado para su construcción, con materiales que se pueden encontrar en el
comercio local, lo que demuestra una vez más la factibilidad de llevar a cabo este
proyecto.
80
Bibliografía
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técnica Federico Santa Maria.
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de www.casals.tv
3. Confortec. (2009). Confortec ingeniería. Recuperado el 23 de Agosto de 2010,
de http://confortec.es/proy06.html
4. Delgado Rosas, I. M. (2006). DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALIMENTACIÓN
INDIVIDUAL AUTOMATICA, CON ALIMENTO PELETIZADO PARA
TERNEROS DE RECRIA. Tesis Ing. Mecanico. Valdivia, Universidad Austral de
Chile, Fac. Cienc. Ing.
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Perú.
6. Keys, S., & Chambers, A. (1995). Scaling Pneumatic Conveying Characteristics
for Pipeline Pressure.
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8. Mcat. (2010). Mcat, Ventilación industrial. Recuperado el 15 de Noviembre de
2010, de http://www.colectoresdepolvo.mx/colectores.html
9. Mills, D. (2004). "Pneumatic Conveying Design Guide" Second Edition. London,
England: Elsevier Butterworth-Heinemann.
10. Molygrass. (2008). Molienda y Granulación S.A. Recuperado el 06 de
Septiembre de 2010, de www.molygrass.com
81
Anexos
Rugosidad relativa
82
Constante característica de los gases
(Mills, 2004, pág. 190)
83
Cotización Ventilador CASALS / AA 60/7 T2 10
84
85
86
87
Cotización materiales de fabricación
88
Cotización tubería de transporte
89