En un sistema de transporte neumático en fase diluida, el material sólido se incorpora a una corriente de aire y se desplaza por una tubería hasta un punto de descarga, que puede ser un ciclón, filtro, silo, tolva o receptor.
Puede trabajar por:
- Impulsión positiva: el ventilador o soplador empuja el aire y el material.
- Aspiración o vacío: el equipo genera depresión y aspira el material.
- Sistema combinado: incluye tramos de aspiración e impulsión.
En fase diluida, el material se mueve con una relación aire/sólido relativamente alta. Esto lo diferencia de la fase densa, donde el material se transporta a menor velocidad y con mayor concentración de sólidos.
La fase diluida suele ser adecuada para:
- Materiales granulados.
- Polvos secos.
- Harinas.
- Pellets plásticos.
- Virutas livianas.
- Cereales.
- Materiales reciclados.
- Partículas no excesivamente frágiles.
El problema técnico aparece cuando la velocidad del aire no se corresponde con el material ni con el recorrido.
Si la velocidad es baja, el material puede sedimentar, acumularse en tramos horizontales, formar tapones o perder estabilidad en el transporte.
Si la velocidad es excesiva, puede aumentar el consumo energético, el ruido, la erosión de codos y tuberías, la rotura de partículas o la degradación del producto.
Por eso, conviene diferenciar tres conceptos:
Velocidad de arrastre
Es la velocidad necesaria para iniciar o mantener el movimiento de una partícula dentro de la corriente de aire. Depende de la densidad del material, tamaño de partícula, forma, rugosidad, humedad y comportamiento del sólido.
En la práctica industrial, muchas veces se usa el término como referencia para definir si el aire tiene capacidad suficiente para transportar el material sin que sedimente.
Velocidad mínima de transporte
Es la velocidad mínima del aire dentro de la tubería para evitar que el material se deposite o forme acumulaciones. En transporte horizontal suele ser más exigente que en transporte vertical, especialmente con materiales pesados, húmedos o irregulares.
Velocidad de diseño
Es la velocidad real adoptada para el sistema. Debe estar por encima de la velocidad mínima, pero sin excederse innecesariamente.
En un proyecto real, la velocidad de diseño debe contemplar margen de seguridad, variaciones del material, pérdidas por filtros o ciclones, simultaneidad de alimentación y posibles cambios de operación.
Rango orientativo de velocidades
Como referencia preliminar, muchos sistemas de transporte neumático en fase diluida trabajan en rangos aproximados de 15 a 30 m/s. Ese rango no debe aplicarse de forma automática: el valor correcto depende del producto, la carga de sólidos, el diámetro, la distancia, la altura, la cantidad de codos y el tipo de equipo impulsor.
Ejemplos orientativos:
- Polvos finos secos y livianos: pueden trabajar en la parte baja o media del rango, si no hay riesgo de sedimentación.
- Harinas o productos alimentarios: requieren validar humedad, apelmazamiento y degradación.
- Pellets o granulados: pueden requerir velocidades suficientes para evitar caída de material, pero cuidando rotura o desgaste.
- Virutas o materiales irregulares: pueden necesitar velocidades mayores y ductos con geometría adecuada.
- Materiales abrasivos: conviene evitar velocidades excesivas por desgaste en codos y tuberías.
Caudal de aire en la tubería
Una vez definida una velocidad de diseño, el caudal de aire se estima con la fórmula:
Q = v × A
Donde:
- Q = caudal de aire, en m³/s.
- v = velocidad del aire, en m/s.
- A = área interna de la tubería, en m².
Para tubería circular:
A = π × D² / 4
Donde:
- D = diámetro interno de la tubería, en m.
Para convertir de m³/s a m³/h:
Q m³/h = Q m³/s × 3.600
Ejemplo:
Tubería interna de 100 mm:
D = 0,10 m
A = π × 0,10² / 4 = 0,00785 m²
Si se adopta una velocidad de 20 m/s:
Q = 20 × 0,00785 = 0,157 m³/s
Q = 0,157 × 3.600 = 565 m³/h
Si la velocidad sube a 30 m/s:
Q = 30 × 0,00785 = 0,236 m³/s
Q = 0,236 × 3.600 = 848 m³/h
Esto muestra por qué no conviene aumentar velocidad sin criterio. Un cambio de velocidad modifica el caudal requerido, la energía necesaria y la pérdida de carga del sistema.
Pérdida de carga en fase diluida
La pérdida de carga es la resistencia que debe vencer el ventilador, soplador o sistema de vacío para mover aire y sólidos a través de la instalación.
En transporte neumático no se debe calcular únicamente como aire limpio. Ese cálculo puede servir como punto de partida, pero el sistema real también incluye sólidos, codos, alimentación, ciclón, filtro, elevación vertical, entrada de material, descarga y condiciones del producto.
Los componentes que suelen aportar pérdida de carga son:
- Tubería recta.
- Codos.
- Reducciones o expansiones.
- Entrada de material.
- Válvula rotativa, sinfín o alimentador.
- Tramos verticales.
- Ciclón.
- Filtro.
- Receptor o tolva.
- Descarga.
- Silenciadores o accesorios.
- Pérdida adicional por carga de sólidos.
El equipo impulsor debe seleccionarse para el punto de operación real, considerando caudal, presión disponible y condición del sistema en operación.
