DOBÓR WENTYLATORA do suszenia ziarna w silosie – przykład obliczeń
Wg poradnika Dobrze przechowane zboże (ISBN 83-909784-0-7). Autor: dr inż. Jan Kiryluk
W silosie metalowym 100-tonowym chcemy bezpiecznie suszyć ziarno zbóż o wilgotności poniżej 17% i po suszeniu oraz schłodzeniu przechowywać. Jak dobrać wentylator ?
Dane o silosie: (a) podłoga perforowana na całej powierzchni, (b) średnica D = 5,4 [m], (c) wysokość zasypu (max) H = 5,8 [m].
Dane o ziarnie: (a) rodzaj: pszenica.
Trzeba wyznaczyć: (a) wydajność wentylatora: Qw [m3/s] oraz (b) spiętrzenie (spręż): ΔPc [Pa].
OBLICZENIA
A. Wydajność wentylatora
1. Wyznaczyć powierzchnię podłogi F [m2].
F = 3,14 * D2/4 = 3,14 * (5,4)2/4 = 22,9 [m2].
2. Wyznaczyć zapotrzebowanie na strumień powietrza Q [m3/s], który zapewnia bezpieczne suszenie. Suszenie ziarna zbóż w grubej warstwie jest bezpieczne, jeżeli tzw. pozorna prędkość powietrza przepływającego w przestrzeniach międzyziarnowych, vp, wynosi 0,07 [m/s]. Wobec tego zapotrzebowanie można obliczyć następująco:
Q = vp * F = 0,07 * 22,9 = 1,6 [m3/s],
Q = 1,6 [m3/s] * 3600 = 5760 [m3/h].
3. Wyznaczyć wydajność wentylatora Qw [m3/s]. Wydajność wentylatora Qw musi być wyższa od zapotrzebowania Q o straty powietrza na drodze od wentylatora do górnych warstw ziarna spowodowane nieszczelnością kanałów oraz silosu. Aby uwzględnić straty powietrza, wprowadza się współczynnik kq o wartości 1,15, tzn. zwiększa się wydajność wentylatora w stosunku do zapotrzebowania o 15%.
Qw = kq * Q = 1,15 * 1,6 = 1,84 [m3/s],
Qw = 1,84 [m3/s] * 3600 = 6624 [m3/h].
B. Spiętrzenie (spręż) wentylatora
4. Wyznaczyć opór warstwy ziarna dla przepływającego powietrza. Opór ten zależy od rodzaju ziarna i pozornej prędkości przepływu powietrza przez warstwę ziarna, vp, która, jak wiemy, powinna wynosić 0,07 [m/s].
Opór warstwy ziarna najlepiej obliczyć, korzystając ze wzoru podanego w rozdziale Wentylatory i podgrzewacze powietrza poradnika Dobrze przechowane zboże (ISBN 83-909784-0-7) oraz w artykule Współpraca wentylatora z grubą warstwą ziarna (www.wentylacja-ziarna.pl/wentylatory-cz2).
4a. Wyznaczyć jednostkowy opór warstwy ziarna Δpwz [Pa/m] dla powietrza o prędkości vp, przepływającego przez warstwę pszenicy:
Δpwz = 2263 * vp + 14170 * vp * vp =
= 2263 * 0,07 + 14170 * 0,07 * 0,07 = 228 [Pa/m]
4b. Wyznaczyć całkowity opór warstwy o danej grubości ΔPwz [Pa]:
ΔPwz = H * Δpwz = 5,8 * 228 = 1322 [Pa].
5. Wyznaczyć spiętrzenie całkowite wentylatora ΔPc [Pa]. Spiętrzenie (spręż) wentylatora ΔPc musi być wyższe od oporu warstwy ziarna o straty ciśnienia na drodze powietrza od wentylatora do warstwy ziarna. Są to straty w kanałach powietrznych i na perforowanej podłodze. Aby uwzględnić te straty ciśnienia, wprowadza się współczynnik kp. Straty w kanałach powietrznych zależą od ich długości i przekroju. Straty te mają duże znaczenie w magazynach płaskich, gdzie kanały powietrzne są długie. Przy suszeniu w silosach najczęściej wentylator jest podłączony bezpośrednio do silosu. Jeżeli połączenie jest szczelne i krótkie, to wartość współczynnika kp przyjmuje jako równą równą 1,1. Takie założenie przyjmiemy w tym przykładzie.
ΔPc = kp * ΔPwz = 1,1 * 1322 = 1454 [Pa].
Jeżeli wentylator nie jest podłączony bezpośrednio do komory suszenia, bezpiecznie jest przyjąć wartość współczynnika kp równą 1,9.
C. Dopasowanie wentylatora wg katalogu
6. Zaopatrzyć się w dane katalogowe wentylatorów. Jako przykład podamy dopasowanie wentylatora typu FK. W danych katalogowych tych wentylatorów należy znaleźć taki, którego wydajność i spiętrzenie są wyższe od obliczonych. Wentylatorem takim jest FK 40, który z silnikiem o mocy 4 kW, przy obrotach wirnika 1940 [obr./min] i największej sprawności uzyskuje wydajność Qw = 7500 [m3/h], a spiętrzenie ΔPc = 1460 [Pa].
Są to parametry pracy wyższe od obliczonych (wydajność Qw = 6624 [m3/h] i spiętrzenie ΔPc = 1454 [Pa]).
MNIEJSZA GRUBOŚĆ WARSTWY ZIARNA
W sytuacji gdy silos nie jest zasypany do pełna, zmniejszy się wymagane spiętrzenie wentylatora. Przy grubości warstwy wynoszącej 3 metry, jak wiemy z rozdziału Wentylatory i podgrzewacze powietrza poradnika Dobrze przechowane zboże, można suszyć ziarno zbóż o wilgotności do 20%, gdy strumień powietrza Q pozostaje na poziomie 0,07 [m3/s] w przeliczeniu na 1 [m2] przekroju komory suszenia (czyli tak jak w naszym przykładzie). Zakładamy zasyp 55 ton, tzn. grubość warstwy 3,16 metra. Powtarzając obliczenia w punktach 4 i 5, otrzymujemy wymagany spręż:
ΔPc = 792 [Pa].
Wentylator FK 40 z mniejszym silnikiem o mocy 3 kW, przy obrotach wirnika 1600 [obr./min] i największej sprawności uzyskuje wydajność Qw = 7000 [m3/h] i spiętrzenie ΔPc = 1100 [Pa]. Wniosek: może być zastosowany.
Jeżeli nie zmienimy wentylatora dobranego do warstwy ziarna o większej grubości, to dla mniejszej grubości warstwy ziarna wzrośnie strumień powietrza, co w konsekwencji spowoduje, że suszenie będzie szybsze i bezpieczniejsze.