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COSA E’ OPPORTUNO CONOSCERE E VALUTARE PRIMA DI SCEGLIERE UNA VALVOLA STELLARE A FLUSSO TRAVERSATO

Il buon funzionamento di una tale valvola è subordinato a parecchi fattori che di seguito andremo ad esaminare. Per prima cosa bisogna pensare che la valvola entra a far parte di un circuito in pressione che deve convogliare del materiale tra 2 o più punti . Tale circuito è composto da diverse parti che, per ottenere buoni risultati, devono essere armonizzate fra di loro. Semplificando al massimo, possiamo dire che i componenti possono essere : un compressore che fornisce energia, una tubazione che convoglia il materiale, un serbatoio di prelievo, una valvola di immissione, un’unità ricevente o di stoccaggio.
Per ben cominciare l’opera, è opportuno conoscere :
- le proprietà fisiche   e chimiche del   materiale   da trasportare
- la pressione   del flusso
– il grado di tenuta richiesto
- qualsiasi operazione prevista sul percorso, tipo la suddivisione del flusso, presenza di altre valvole etc.
– i vincoli dimensionali complessivi, se presenti.

CARATTERIZZAZIONE DI POLVERI E MATERIALI GRANULARI
Il trasporto e la movimentazione di materiale solido sono caratterizzati da diversi fattori, in particolare : Proprietà fisico-chimiche, Proprietà reologiche, Fattore tempo.

POROSITA’  
Tutti i materiali solidi sfusi hanno spazi tra le particelle, riempiti d’aria. La percentuale di volume non occupata da particelle rispetto al volume totale considerato, è definita "frazione porosa" il cui valore cambia notevolmente da un materiale all’altro e principalmente dipende dalla forma delle particelle. Per esempio, sappiamo che nel volume di una data quantità di materiale, la percentuale occupata da particelle solide sarà (1 - e). Presupponendo che le particelle solide siano sferiche con diametro uniforme, è postulato il valore di  0,48. Quindi se e = 0,48  la relazione sarà : (1 - 0,48)

DENSITA’  
E’ generalmente indicata col simbolo r. E’ definita come il rapporto tra la massa di prodotto e il volume che occupa.  Densità apparente e vibrata sono solo due valori di un   intervallo che varia in funzione del consolidamento della   pressione.

DISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA  
I metodi per determinare le dimensioni delle particelle dipendono dagli apparecchi di misurazione impiegati. Usualmente è rappresentata da un grafico dove X esprime il diametro delle particelle e Y la percentuale di materiale in unità di peso.

FORMA DELLE PARTICELLE  
Il metodo più comune è conosciuto come "fattore di sfericità Y" dove a una particella sferica è assegnato il valore 1, quindi  Y = 1

FLUIDITA’
Scorrevolezza è la tendenza più o meno evidente delle particelle solide che costituiscono il materiale da convogliare :
-   L'una rispetto all'altra,  valutata in termini di angolo di attrito interno ;
-   Rispetto ad una superficie, valutata in termini di angolo di attrito con le pareti contenitrici .
L'angolo di attrito interno indica la tendenza del materiale a scorrere su se stesso in presenza di una forza di compressione applicata perpendicolarmente alla direzione di sforzo di taglio ; di solito, viene valutata utilizzando il test di Jenike e dipende da vari fattori :
-   Pressione a cui il materiale è sottoposto ;
-   Contenuto di umidità del materiale;
-   Temperatura :  il flusso di molti materiali plastici tende a ridursi quando riscaldato ;
-   Dimensione e forma delle particelle;

L'angolo di attrito a parete indica la tendenza del materiale a scorrere lungo una parete in presenza di forze di compressione applicate perpendicolarmente alla direzione sforzo di taglio , ma è  valutata utilizzando il test di Jenike e in aggiunta ai fattori sopra descritti,  dipende anche dal tipo di superficie della parete,  soprattutto in termini di grado di rugosità .
La fluidità di un materiale è anche influenzata dal fattore tempo :  quando un materiale rimane conservato per lungo tempo in un silo senza essere sottoposto a movimento,  quando viene scaricato spesso è molto meno appiccicoso di quanto ci si aspetterebbe .

COESIONE e agglomerazione delle particelle  
Coesione può essere definita come la forza esercitata da un materiale solido sfuso contro uno sforzo di taglio, in assenza di forze di compressione, applicata perpendicolarmente alla direzione dello sforzo di taglio .  Questa resistenza è generata da una serie complessa di meccanismi; fattori importanti che influenzano   il comportamento del materiale in questo modo sono :
-   Contenuto di umidità :  di solito,  aumenta la coesione con l'aumentare dell'umidità ;
-   Dimensioni e forma   delle particelle :  non esiste una correlazione diretta tra dimensione, forma e coesione;  nonostante ciò,  si è trovato in molti materiali
   che più è piccola la dimensione delle particelle, maggiore è la tendenza alla coesione .
- La presenza di olio che, a seconda della quantità, tende a ridurre o ad aumentare il fenomeno della coesività tra le particelle .
La tendenza ad agglomerarsi è dovuta principalmente ad interazioni tra le particelle causate da forze elettrostatiche ( forze di Van der Waals )  ed è fortemente influenzata dalla presenza di acqua sotto forma di umidità, che può anche portare alla formazione di ponti tra le particelle .

ABRASIVITA’   E   CORROSIONE
L'abrasività dei materiali granulari dipende dalla forma, dimensioni, durezza ( misurata  con la scala   Mohs ) e peso  specifico delle particelle .
Corrosione può essere definita come il processo attraverso il quale un metallo tende a degradare, passando dallo stato elementare allo stato di materiale ossidato, causato da condizioni ambientali .  La tendenza alla corrosione di molti metalli è influenzata dal pH della sostanza con cui è a contatto.  Anche la temperatura influenza il processo di corrosione : un aumento della   temperatura aumenta la velocità del fenomeno .

ELETTRICITÀ   STATICA
Tutte le sostanze sono elettrificate a un grado maggiore o minore quando sono poste a contatto con sostanze di natura diversa; questo fenomeno,  noto come triboelettricità,  è causato   dalla migrazione di un certo numero di elettroni liberi da un corpo all'altro durante il contatto .   Il materiale elettrificato acquista così uno stato di energia governato dalle leggi della   statica.  Quando la tensione del materiale elettrificato supera un certo valore,  una scarica elettrica può verificarsi tra il materiale e il conduttore più vicino avente potenziale elettrico   minore .  La scarica dà luogo alla dissipazione,  sotto forma di calore,  della maggior parte dell'energia elettrostatica e tale calore,  rilasciato ad una temperatura estremamente elevata può ,  in presenza di miscele gassose infiammabili, provocare esplosioni o incendi molto pericolosi.

IGROSCOPICITA’
Questa è la tendenza di un materiale solido ad assorbire, chimicamente o fisicamente, sulla sua superficie il vapore acqueo presente nell'aria o in correnti gassose .

DECOMPOSIZIONE e   CONTAMINAZIONE
Per quanto riguarda la decomposizione, questa proprietà dipende dalle caratteristiche biologiche intrinseche del prodotto .  Essa può essere identificata come la tendenza a formare   muffe, germi e batteri che danno luogo alla decomposizione della sostanza .  Il fattore determinante è il tempo di permanenza .
Per quanto riguarda la   contaminazione, questa proprietà identifica il rischio di contaminazione del prodotto a causa di fluidi trafilati da parti meccaniche del sistema di gestione,  o dal contatto con superfici del sistema realizzate con materiali inadatti o che non sono adeguatamente protette e finite .

DEGRADABILITÀ
Questa espressione descrive il rischio di frammentare e rompere la granulometria originale del materiale, dovuto ad azioni meccaniche del convogliatore  ( es.:  scivolamento, pizzicamento e schiacciamento tra rotore e statore di una valvola ).  Questo effetto provoca un aumento delle frazioni granulometriche più fini, che possono influenzare i processi di produzione a valle .

VOLATILITA   e FLUIDITA’
Questi termini descrivono la tendenza di un materiale solido in forma di granulo o polvere a rimanere in sospensione se colpito da un flusso gassoso .  Queste proprietà possono essere valutate sperimentalmente stimando la permeabilità del materiale al passaggio di una corrente gassosa .

POLVERIZZAZIONE
La polverizzazione è il risultato più  macroscopico del moto browniano,  che riguarda soprattutto le frazioni più fini del materiale,  determinato dalla collisione delle particelle solide con le molecole di gas che sono a loro volta soggette a moto disordinato per agitazione termica .

INFIAMMABILITA’ ed ESPLOSIVITA’
Un materiale in polvere in forma densa, se innescato, può dare origine ad un incendio .
Se una nuvola di polvere è innescata,  può verificarsi un'esplosione che, a differenza di un incendio,  è caratterizzata da un improvviso aumento della pressione e dalla formazione   istantanea di calore intenso .
Il limite inferiore di infiammabilità è definito come la minima concentrazione di polvere ( g  /   mc )  in grado di esplodere in aria quando è fornita sufficiente energia d’innesco .
La movimentazione di materiali in ambiente controllato o in azoto rappresenta una valida soluzione per ridurre il rischio di incendio o esplosione .

TEMPERATURA
In alcuni processi, è necessario gestire prodotti ad alta temperatura: questa condizione influenza la scelta del materiale di costruzione e il tipo di sistema di movimentazione da adottare .

CARATTERISTICHE DI   TOSSICITA'
Un altro fattore che richiede notevole attenzione è la tossicità del vapore o del gas che possono essere generati dal materiale; la consapevolezza di questa caratteristica può influenzare sensibilmente il tipo di sistema di movimentazione da adottare, al fine di garantire che l' ambiente di lavoro  sia il più sicuro   possibile.

INTERAZIONE TRA PARTICELLE MOVIMENTATE  e  LE PARETI CHE LE CONTENGONO
Il comportamento di un solido in forma granulare o di polvere, in riferimento al materiale che lo contiene, può essere caratterizzato da diversi fenomeni quali :  la stratificazione delle particelle sulle pareti del circuito, la formazione di una crosta resistente alla pulizia meccanica in misura diversa e la tendenza di alcuni materiali a plastificare .  Questi fenomeni sono oggetto di studi da parte della branca della scienza chiamata reologia .
Questo è almeno quanto dobbiamo conoscere del materiale che vogliamo trasportare se non vogliamo avere problemi.

COMPONENTI PER SISTEMI DI TRASPORTO PNEUMATICO

In questo tipo di tecnologia di trasporto, il solido è portato da una corrente gassosa , che impone un gradiente di pressione lungo la linea di trasporto .

A seconda delle proprietà chimico -fisiche del materiale ( comportamento  igroscopico, comportamento piroforico,  ecc ),  il fluido di trasporto può essere aria, aria deumidificata o gas inerte .
Un   sistema di trasporto pneumatico comprende essenzialmente i seguenti elementi :
-   Una macchina per generare un flusso gassoso ;
-   Un sistema di alimentazione (  tipo eiettore Venturi, valvole rotative , pompe  polvere, etc ) che possa inserire il solido nella corrente gassosa e contemporaneamente impedire il passaggio del gas nell’unità alimentatrice;
-   Una linea di trasporto, composta dalla condotta principale ( il tubo)  in cui il materiale viene convogliato e dagli accessori ( accoppiamenti flangiati,  curve ,
    divisori di flusso, ecc) che la compongono ;
-   Un sistema di separazione solido - gas  ( nella forma dei separatori centrifughi classici o raffinati filtri di tipo a getto inverso )
     I   sistemi di movimentazione   pneumatica   più usati sono :
-   Sistema a pressione negativa ;
-   Sistema a pressione positiva ;
-   Sistema combinato pressione negativa - pressione positiva
Nei sistemi a pressione negativa il materiale si muove in un flusso gassoso con una pressione inferiore alla pressione atmosferica .  Il vantaggio di questo tipo di sistema è che tutta l'energia  del  sistema di pompaggio viene utilizzata per spostare il prodotto e che questo viene aspirato nella linea senza valvole rotanti o altri dispositivi di tenuta per impedire l'infiltrazione di gas nel punto di prelievo.
Sono adatti per solidi a bassa concentrazione e percorsi non eccessivamente lunghi, così da evitare di usare macchine con un  alto grado di vuoto .  Questo tipo di movimento è adatto per   circuiti pneumatici con perdite di carico non superiori a 300 mm   Hg .
Questa tipologia viene utilizzata per prelevare materiale da più punti convogliandolo ad un unico punto .
E’ ideale per materiale tossico,  dove anche un   solo foro nel condotto potrebbe portare a perdite pericolose .
Nei sistemi   a pressione positiva, il materiale cade attraverso una valvola rotativa di tenuta, in un flusso gassoso a pressione positiva .  La velocità della corrente gassosa mantiene il   materiale in sospensione fino a raggiungere l ’apparato demandato a contenerlo, dove viene separato dal gas di trasporto da un filtro o un separatore centrifugo .
A seconda della   velocità superficiale del gas di trasporto,  due diversi regimi di flusso sono possibili, generalmente descritti come flusso a fase densa ( rapporto massa solida  / gas    superiore a 10 )  o flusso a fase diluita ( rapporto massa solida  / gas   inferiore a 5) .
Rispetto al sistema   a pressione negativa, le perdite di carico lungo il circuito possono essere più elevate ;  generalmente fino a 1 bar per flusso a fase diluita e circa 6 - 7 bar per fase densa .
Generalmente, il flusso a fase densa  (che richiede una velocità di flusso di gas notevolmente inferiore ) è molto più efficiente rispetto alla fase diluita, ciò significa, tuttavia, che è necessario costruire circuiti più costosi, in quanto i sistemi lavorano in pressione e richiedono compressori in grado di erogare pressioni elevate.
La velocità del gas in fase diluita è di circa  25 m / s ,  rispetto a 1 m / s   per sistemi in fase densa .

Velocità elevate danno luogo ad un elevato degrado dei solidi, a causa delle collisioni tra le particelle e, soprattutto, tra le particelle e le pareti del circuito ; questo può portare a notevoli   abrasioni sulla linea di trasporto, pertanto è spesso necessario prevedere un rivestimento anti- usura.

La combinazione di sistemi a pressione positiva e negativa fornisce la migliore soluzione tecnologica per molti processi.
È pratica comune,  per esempio,  impiegare un sistema di aspirazione per lo scarico di solidi in polvere dai treni, che non  possono essere pressurizzati  e trasmettere  il   prodotto ad   un filtro posto sull'aspirazione con un collettore .  Successivamente, un sistema a pressione positiva può essere adottato per trasmettere il prodotto dal filtro collettore al punto di stoccaggio .
VANTAGGI DEL   TRASPORTO PNEUMATICO
I vantaggi di   un sistema pneumatico rispetto a un sistema di trasporto meccanico sono:
-   Assenza di polvere dispersa nell'ambiente ;
-   Flessibilità geometrica del sistema di trasporto ;
-   Semplicità di progettazione di circuiti che hanno diversi punti di carico e scarico ;
-   Bassi costi di manutenzione .
SVANTAGGI DEL   TRASPORTO PNEUMATICO
-   Rende necessario l'acquisto di una macchina adatta, con un elevato consumo di energia per raggiungere il gradiente di pressione necessario;
-   Capacità di trasporto dei solidi inferiore a quella dei sistemi meccanici ;
-   Limitata distanza lungo la quale il prodotto può essere trasportato;
-   Eventuale usura   lungo il circuito in caso di flusso fase diluita ;
-  Progettazione molto accurata del circuito convogliatore, visti i complessi fenomeni fluidodinamici che sono coinvolti.
La progettazione di un   circuito convogliatore è piuttosto complessa e richiede un approccio teorico- sperimentale basato principalmente sull'adozione di un impianto pilota con cui effettuare le prove di flusso .  Un sistema di trasporto in pressione positiva, in fase densa o diluita, viene generalmente scelto valutando le caratteristiche del materiale da trasportare e della soffiatrice  ( compressore o  ventilatore) .