Sistemi di miscelazione per serbatoi

Funzionamento, prerequisiti di applicazione e limitazioni
Gli ugelli di miscelazione sono composti da un ugello motore e da una sezione di miscelazione. Il liquido di alimentazione, introdotto sotto pressione attraverso il raccordo di alimentazione, viene solitamente prelevato dal serbatoio e immesso nell'ugello di miscelazione a getto di liquido per mezzo di una pompa meccanica montata all'esterno del serbatoio. Nell'ugello motore la pressione statica del fluido motore viene trasformata in velocità, generando una pressione negativa corrispondente alle aperture di aspirazione che viene utilizzata per aspirare il cosiddetto fluido aspirato.

In questa regione turbolenta, il fluido aspirato e il fluido motore si mescolano intensamente all'uscita dell'ugello motore e nella sezione di miscelazione adiacente e vengono successivamente immessi nel serbatoio come flusso misto. Il rapporto volumetrico tra l'aspirazione e il fluido motore è di circa 3:1. Il fluido miscelato esce dall'ugello di miscelazione con una velocità relativamente alta e incontra il liquido contenuto nel serbatoio, che viene successivamente trascinato per effetto del fluido miscelato, in modo che alla fine la somma del fluido motore, del fluido aspirato e del fluido di trascinamento mantiene in movimento il liquido all'interno del serbatoio.

Prerequisiti e limitazioni di applicazione
Il fluido motore e il fluido aspirato sono miscelati nella sezione di miscelazione vicino all'ugello motore, in modo che un getto di liquido omogeneamente miscelato si sviluppi nella sezione di miscelazione a causa dell'alta turbolenza risultante dal fluido motore e dal fluido aspirato.

Nel caso di liquidi con proprietà fisiche come l'acqua, il rapporto di miscelazione tra il flusso motore e il flusso di aspirazione è di 1:3. A causa della sua velocità e dell'effetto di trascinamento del getto che ne deriva, il fluido miscelato che esce dall'ugello di miscelazione a getto di liquido trasporta così tanto liquido circostante che il flusso motore utilizzato viene moltiplicato. Nel caso di liquidi con una viscosità più alta, il rapporto di miscelazione e l'effetto di trascinamento diminuiscono.

Il campo limite per l'applicazione degli ugelli di miscelazione a getto di liquido viene raggiunto quando la viscosità del liquido da far circolare non permette più un'erogazione con pompe centrifughe. La portata di liquido che passa attraverso gli ugelli di miscelazione di liquido di una certa dimensione dipende da una pressione motrice efficiente. Se il liquido motore viene rimosso dal serbatoio di miscelazione, questa pressione motrice efficiente deve essere equiparata alla prevalenza della pompa centrifuga dopo la sottrazione di tutte le perdite per attrito delle tubazioni.

Nel caso in cui il liquido di alimentazione non venga rimosso dal serbatoio di miscelazione, la colonna di liquido sopra l'uscita dell'ugello di miscelazione a getto di liquido deve essere presa in considerazione per determinare la pressione di alimentazione efficiente.

Il nostro obiettivo è quello di progettare soluzioni di sistemi di miscelazione per serbatoi su misura per ogni specifico serbatoio. Lo scopo del sistema di miscelazione del serbatoio è quello di generare una circolazione del liquido di tutto il volume del liquido che porta alla completa miscelazione e impedisce la sedimentazione. Un flusso direzionale guidato sarà generato dal sistema di miscelazione. Pertanto, si verificano velocità di flusso che sono superiori alle velocità di affondamento delle particelle nel liquido, in modo da evitare la sedimentazione. I due esempi nelle figure seguenti illustrano il principio dei sistemi di miscelazione del serbatoio:

Il numero specifico di ugelli di miscelazione a getto di liquido risultante dal dimensionamento del sistema di miscelazione del serbatoio sarà collocato su due tubi vicini al fondo del serbatoio e alla parete del serbatoio. Questi due tubi seguono la forma del serbatoio. Per un serbatoio rotondo i tubi sono semicircolari, mentre per un serbatoio rettangolare i tubi sono diritti. Il flusso di alimentazione richiesto viene fornito agli ugelli di miscelazione a getto di liquido attraverso questi tubi. I tubi del flusso motorio sono situati in modo opposto l'uno all'altro su due lati del serbatoio. Con i supporti i tubi saranno fissati sopra il fondo del serbatoio e con una certa distanza dalla parete del serbatoio. Il dimensionamento dei tubi sarà secondo le normali velocità di flusso per mantenere basse le perdite per attrito all'interno dei tubi. La dimensione di ogni ugello di miscelazione, il suo allineamento, per esempio l'angolo di installazione e la distanza da un ugello all'altro, sono ulteriori risultati del dimensionamento.

Una fila di ugelli punterà lungo il fondo del serbatoio per generare le velocità di flusso necessarie lungo quest'area. Sul lato opposto del serbatoio, la seconda fila di ugelli punta verso l'alto, generando un flusso verso l'alto lungo la parete del serbatoio. Per mezzo di questi flussi direzionali guidati viene spostato l'intero volume di liquido. Per risparmiare energia a bassi livelli di riempimento, la fila di ugelli che punta verso l'alto può essere esclusa dall'esercizio.

A seconda delle proprietà del liquido da miscelare, ogni diversa grandezza degli ugelli ha un certo campo d'azione rispetto al liquido da movimentare. Per serbatoi molto grandi può essere necessario posizionare una terza fila di ugelli al centro del fondo del serbatoio per generare le velocità di flusso richieste per coprire l'intera distanza. Nel caso di serbatoi molto alti, la fila di ugelli che punta verso l'alto può essere posizionata più in alto rispetto al fondo del serbatoio per ottenere una miscelazione ottimale di tutto il liquido.

Con la possibilità di scegliere diverse dimensioni degli ugelli, di regolare le file di ugelli in base alla forma del serbatoio, di modificare le distanze degli ugelli e di essere flessibili per quanto riguarda il funzionamento delle diverse file di ugelli, siamo in grado di dimensionare la soluzione ottimale di miscelazione del serbatoio su misura per ogni scopo specifico.  Ad esempio per l'omogeneizzazione completa, per la prevenzione di assestamenti, per la prevenzione di diversi strati di temperatura o per la miscelazione completa di diversi liquidi.

Le immagini qui sotto danno una buona impressione di un sistema di miscelazione completo in un serbatoio di stoccaggio per olio alimentare. 17 ugelli di miscelazione in acciaio inossidabile sono installati quasi orizzontalmente, mentre 17 ugelli di miscelazione sono installati quasi verticalmente sul lato opposto del serbatoio. Il volume del serbatoio è di 11000 m³ con un'altezza di riempimento di 25 m e un diametro di 24 m.

Esempio (serbatoio cilindrico) V = 11000 m³ H = 25 m, D = 24 m 34 ugelli miscelatori DN 2” di acciaio inox

• funzionamento resistente all'erosione
• nessuna manutenzione nel serbatoio
• nessun problema di tenuta
• bassi costi di investimento
• basso consumo di energia
• miscelazione completa del contenuto del serbatoio
• nessuna zona morta non miscelata

 

Esempio di potenziale di risparmio energetico con l'utilizzo dei nostri sistemi di miscelazione:

Il potenziale di risparmio dei costi energetici è di circa 27000 € all'anno!

Dimensioni del serbatoio

diametro	27.6 m
altezza di riempimento	10 m
volume di riempimento	5983 m²

Consumo di energia

per miscelazione con sistema convenzionale	10 W/m³
per miscelazione con il nostro sistema	4 W/m³
potenziale di risparmio energetico	6 W/m³

Calcolo

6 W/m³ * 5983 m³	=	35.9 kW (35898 W)
35.9 kW * 8760 h/a	=	314484 kWh/a
314484 kWh/a * 8.6 Ct/kWh	=	27046,– €/a

8.6 Ct/kWh = costi medi dell'elettricità per i clienti industriali in EU, valore 2013