Esquema de uma balança multicabeças, esquema utilizando parâmetros básicos, cálculo e exemplo de aplicação.

Autor: Smartweigh– Balança Multicabeças

A balança multicabeças (alimentador por perda de peso) é um tipo de equipamento de pesagem para análise quantitativa. Seu principal objetivo é realizar a pesagem contínua e dinâmica de matérias-primas durante todo o processo, possibilitando a operação de pesagem e análise quantitativa, além de fornecer informações instantâneas sobre o fluxo total de matérias-primas. Basicamente, trata-se de um sistema de pesagem de dados estáticos, que adota a tecnologia de pesagem de balanças de tremonha estáticas e utiliza sensores de peso para pesar a tremonha. No entanto, no painel de controle da balança multicabeças, é necessário calcular a perda líquida de peso por unidade de tempo na balança da tremonha para obter o fluxo total instantâneo de matérias-primas.

A Figura 1 apresenta uma vista em planta do princípio de funcionamento da balança multicabeças. A seguir, uma breve descrição da balança multicabeças, seu projeto, medição e aplicação dos principais parâmetros de operação e casos de aplicação. Figura 1. Diagrama esquemático da estrutura de uma balança multicabeças. Na descarga, quando o nível máximo de material é atingido, a válvula de descarga é fechada e a tremonha de pesagem é suportada pela balança multicabeças. Para garantir a precisão da pesagem, as partes superior e inferior da tremonha de pesagem são conectadas por canais flexíveis ou entradas e saídas, de modo que o peso líquido das partes frontal e traseira, esquerda e direita da máquina e do equipamento, bem como da matéria-prima, não incida sobre a tremonha de pesagem.

O lado direito da Figura 1 apresenta uma vista em planta de todo o processo do alimentador contínuo. Todo o processo do alimentador contínuo possui um sistema cíclico (três ciclos são indicados na figura). Cada sistema cíclico consiste em dois tempos de ciclo: quando a tremonha de pesagem está vazia, a válvula de descarga é aberta para descarregar o material, e o peso líquido da matéria-prima na tremonha de pesagem continua a aumentar. Quando o nível máximo de material é atingido em t1, a válvula de descarga é fechada. O transportador helicoidal inicia o despejo do material e, em seguida, a balança multicabeças começa a funcionar; após um período de tempo, quando o peso líquido da matéria-prima na tremonha de pesagem continua a diminuir e atinge o nível mínimo de material em t2, a válvula de descarga é aberta novamente, e o período de t1 a t2 constitui o tempo de ciclo do alimentador de força. Após um período de tempo, quando o peso líquido da matéria-prima na tremonha de pesagem continua a aumentar e atinge novamente o nível máximo de material no instante t3, a válvula de descarga é fechada, e o período de t2 a t3 corresponde ao tempo de ciclo para a re-descarga, e assim por diante. Durante o tempo de ciclo do alimentador forçado, a relação de velocidade da rosca transportadora é monitorada de acordo com a vazão instantânea para garantir a estabilidade do alimentador; durante o tempo de ciclo de re-descarregamento, a relação de velocidade da rosca transportadora se mantém no mesmo valor imediatamente anterior ao início do ciclo. O alimentador passa a utilizar o método de monitoramento de vazão constante.

Como a balança multicabeças integra pesagem dinâmica e pesagem de dados estáticos, além de alimentação interrompida e contínua, sua estrutura é fácil de selar e adequada para a pesagem de matérias-primas ultrafinas, como concreto, cal viva em pó, carvão pulverizado, alimentos, medicamentos, etc. O controle de peso e dosagem permite alcançar alta precisão e linearidade na pesagem. 2. Necessidade do esquema de projeto dos principais parâmetros de operação da balança multicabeças Ao projetar o esquema da balança multicabeças, os principais parâmetros de operação, como a frequência de descarga, o volume de re-descarga, a capacidade da tremonha de pesagem e a taxa de re-descarga, devem ser considerados; caso contrário, a balança multicabeças não funcionará corretamente. Um cliente adquiriu uma balança multicabeças do fabricante para manutenção de equipamentos no local, com o objetivo de analisar suas características. Foram adquiridos apenas 3 sensores de pesagem de 100 kg. Após a entrada em operação, constatou-se que o ponto zero era instável e que, às vezes, o fluxo total não exibia informações, entre outras falhas comuns.

Após o envio de um técnico ao local, constatou-se que a matéria-prima do cliente era ácido bórico, com densidade relativa de 1510 kg/m³, vazão máxima de apenas 36 kg/h e vazão comum entre 21 e 24 kg/h. Devido à baixa vazão, o funil de análise utiliza três pontos de apoio para sensores de pesagem de 100 kg, resultando em uma capacidade considerável. Recomenda-se seguir a seguinte regra prática: “Quando a quantidade de cinzas for grande, a frequência de descarga deve ser de 15 a 20 vezes por hora”. Dessa forma, o peso líquido de cada descarga será de 36/15 a 36/20, ou seja, de 1,9 kg a 2,4 kg. O peso líquido da matéria-prima suportado por cada sensor de pesagem é inferior a 1 kg, e a faixa de medição adequada é de aproximadamente 0,5% a 1%.

Geralmente, a faixa de medição adequada do sensor de pesagem deve ser de pelo menos 10 a 30% ou mais, para garantir uma pesagem mais precisa. Considerando o peso da matéria-prima de 2,4 kg mais o peso líquido da tremonha e do equipamento de alimentação (como o transportador helicoidal), o peso total é de aproximadamente 10 kg. Se forem utilizadas três células de carga, a faixa de medição de cada célula pode ser selecionada entre 5 kg e 10 kg. Ou seja, a faixa de medição do sensor originalmente projetado para 100 kg torna-se de 10 a 20 vezes maior, resultando em baixa confiabilidade da balança multicabeças e baixa precisão de pesagem.

Este caso demonstra que o projeto da balança multicabeças também deve estar em conformidade com a norma de projeto, e os principais parâmetros do equipamento e da operação da balança multicabeças devem ser determinados após o cálculo. 3. Cálculo do projeto dos principais parâmetros de operação da balança multicabeças 3.1 Cálculo da frequência de descarga A Figura 1 detalha a operação da balança multicabeças. Cada ciclo do sistema inclui todo o processo de descarga; portanto, qual é a frequência de descarga adequada? Para a balança multicabeças, quanto maior a taxa de ocupação do ciclo do alimentador de força em cada ciclo do sistema (tempo de ocupação = ciclo do alimentador de força / ciclo de re-descarga), melhor; geralmente, deve ser superior a 10:1. Isso ocorre porque a precisão do tempo de ciclo do alimentador de força é muito maior do que o tempo de ciclo de re-descarga. Quanto maior a ocupação do ciclo do alimentador de força, maior a precisão geral da balança multicabeças.

A frequência do sistema de circulação por unidade de tempo da balança multicabeças é geralmente expressa como a frequência do sistema de circulação por hora quando a quantidade de cinzas é maior, ou seja, vezes/h. Como a premissa é baseada na alimentação de uma quantidade maior de cinzas por hora, a alimentação de cinzas por unidade de tempo (por exemplo, por segundo) é uma constante de tempo. Quanto menor a frequência do sistema de circulação, maior a quantidade de material descarregado a cada vez, maior a capacidade e o peso líquido da tremonha de pesagem e menor a precisão da perda de peso e do cálculo usando o sensor de pesagem de múltiplas faixas; quanto maior a frequência do sistema de circulação, menor a quantidade de cada descarga, menor a capacidade e o peso líquido da tremonha de pesagem e maior a precisão da perda de peso e do cálculo usando um sensor de pesagem com uma faixa de medição pequena.

No entanto, a frequência do sistema de circulação é muito alta, o equipamento da máquina de alimentação liga e desliga com frequência, e a placa de controle da balança multicabeças alterna frequentemente entre o tempo de ciclo do alimentador forçado e o tempo de ciclo da realimentação, o que não é ideal. As frequências de realimentação altamente recomendadas são mostradas na Tabela 1, sendo as três frequências intermediárias as mais importantes e recomendadas. De acordo com a experiência prática, a maioria dos softwares de sistemas de alimentação por perda de peso é muito adequada para materiais pulverulentos e granulares com baixa fluidez.

Quando a quantidade de cinzas alimentada é menor do que a quantidade alimentada em um alimentador maior, a frequência de realimentação é reduzida, aumentando assim a taxa de ocupação do ciclo do alimentador forçado, o que é mais benéfico para melhorar a precisão. Como regra geral, em algumas aplicações com uma vazão total muito baixa no alimentador, mesmo com uma capacidade de reservatório pequena, ainda é possível armazenar matéria-prima para alimentação por uma hora ou mais, e o tempo para realimentação ultrapassa uma hora. Por exemplo: a vazão total do alimentador maior é de 2 kg/h. A densidade da pilha de matéria-prima é de 803 kg/m³. A vazão total do alimentador maior é de 2/803 = 0,0025 m³/h. Se a capacidade da tremonha for de 0,01 m³ (aproximadamente igual a 25 x 250 m × 25 x 250 m × o tamanho de uma tremonha cúbica de 25 x 250 m), com consumo suficiente de matéria-prima para 2 a 3 horas, e cada quantidade alimentada for inferior a 10 kg, não há necessidade de alimentação automática. A alimentação manual pode ser considerada como parte das normas de produção e fabricação, mas seu fluxo total será ligeiramente menor.

3.2 A fórmula para calcular o volume de realimentação seleciona a frequência de realimentação, permitindo calcular o volume de realimentação e o volume total do alimentador. De acordo com a análise das características de uma balança multicabeças: a vazão total do alimentador maior é de 275 kg/h, a densidade aparente da matéria-prima é de 485 kg/m³, e a vazão total do alimentador de maior volume é de 270/480 = 0,561 m³/h. A frequência de alimentação do material foi definida como 15 vezes/h. O método de cálculo do volume de recirculação é: volume de recirculação = maior quantidade de cinzas (kg/h) ÷ Densidade (kg/m³) ÷ Frequência de recirculação (frequência de recirculação/h). Neste exemplo, volume de recirculação = 270 ÷ 480 ÷ 15 = 0,0375 m³. 3.3 Cálculo da capacidade da tremonha de pesagem. A capacidade da tremonha de pesagem no projeto certamente excederá o volume de recirculação calculado. Isso ocorre porque é necessário considerar que a tremonha de pesagem é indispensável quando a recirculação é iniciada. Há também alguns "resíduos de matéria-prima" e o espaço livre na parte superior da tremonha, que provavelmente não será totalmente preenchido. Se cada um representar 20% do volume total, o volume de recirculação deve ser dividido por 0,6 para obter a capacidade necessária da tremonha. A capacidade final do silo de pesagem deve ser ajustada de acordo com a capacidade final do silo. Método de cálculo do volume de descarga: capacidade da tremonha por pesagem = volume de descarga ÷ Onde k: k é o índice de capacidade calculado da tremonha, que pode ser de 0,4 a 0,7, sendo 0,6 o valor mais recomendado.

Neste exemplo, a capacidade da tremonha de pesagem é de 0,0375 ÷ 0,6 = 0,0625 m³. Se a capacidade do silo de conformação tiver especificações como 0,6 m³, 0,2 m³, 1.b2503, etc., ela deverá ser ajustada para 0,08 m³, e a capacidade da tremonha de pesagem deverá ser de 0,08 m³. 3.4 A taxa de descarga é recalculada devido à balança multicabeças. No tempo do ciclo de descarga, o alimentador de método de capacidade constante de baixa precisão é selecionado, portanto, a velocidade de descarga do alimentador vibratório é especificada para ser mais rápida (geralmente, deve operar entre 5 s e 20 s). Método de cálculo da taxa de descarga residual: taxa de descarga residual = [volume de descarga residual (m3)÷Tempo de descarga residual (s)×60(s/min)]+[Vazão total do alimentador de maior volume (m3/h)÷60 (min/h)] Na fórmula 2, a taxa de descarga residual consiste em dois termos.

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