Transportador Sinfín – Características Constructivas – Modalidad de Cálculo – Ejemplo de Aplicación El transportador de tornillo sinfín es un sistema capaz de mover materiales a granel, prácticamente en cualquier dirección proporcionando variedad de opciones para su manejo de manera eficaz y confiable. Es una máquina que se emplea para la manipulación de residuos orgánicos en el tratamiento de aguas, transporte de sólidos en infinidad de industrias, teniendo aplicaciones de toda índole. Este equipo está diseñado para realizar el transporte de material mediante un tornillo que se hace girar dentro de un cilindro hueco, situado sobre un plano inclinado, y que permite elevar el cuerpo o fluido situado por debajo del eje de giro, basándose en el principio de Arquímedes.
Componentes del transportador . Los componentes del transportador de tornillo a sinfín son: - Zona de carga. - Zona de transporte. - Tornillo sinfín. - Sistema de transmisión o grupo de accionamiento. - Zona de drenaje. ZONA DE CARGA: La zona de carga está situada normalmente en la parte superior del equipo y es la encargada de decepcionar el material para posteriormente ser transportado. Teniendo la posibilidad de fabricarla de distintas formas, inclinaciones y materiales. Normalmente se montan tolvas con formas troncocónicas, pero existe la posibilidad de montar cualquier tipo de zona de recepción.
ZONA DE TRANSPORTE: Llamamos a la zona de transporte a la estructura donde descansa o va alojado el tornillo sin fin, esta podrá ser de dos formas según su clasificación. Si es un transportador de canal será en forma en U y si es tubular será un cilindro hueco. Unida a esta estructura estarán los soportes que permitirán la fijación del transportador a la superficie de trabajo. Esta zona tendrá una longitud determinada, según aplicaciones y necesidades de ejecución. Como bien dice su nombre, la zona de transporte es la encargada de transportar el material desde su lugar de carga hasta la boca de descarga mediante el giro de dicho tornillo.
TORNILLO SINFÍN: Es el encargado de mover y trasladar el material a lo largo de la longitud del equipo, este tornillo puede ser de distintas formas y dimensiones siempre dependiendo del tipo de material a transportar, de las condiciones de trabajo o las capacidades para las cuales se requieran. Algunos ejemplos de estos son:
* Tornillo sin fin de hélice helicoidal. * Tornillo sin fin de hélice Seccional. * Tornillo sin fin de paletas cortadas. * Tornillo sin fin de paletas tipo cinta. * Tornillo sin fin con palas. * Tornillo sin fin de paletas plegadas y cortadas. * Tornillo sin fin de paso corto de paletas cortadas con palas. * Tornillo sin fin de paletas de palas. * Tornillo sin fin de paletas distribuidas formando un cono. * Tornillo sin fin de diámetro escalonado. * Tornillo sin fin de paso escalonado. * Tornillo sin fin de paso largo. * Tornillo sin fin de doble paleta.
GRUPO ACCIONAMIENTO: El accionamiento de estos equipos normalmente es mediante el conjunto de un moto-reductor alimentado eléctricamente, en trifásica o en monofásica, lo cual nos permite un bajo mantenimiento y la posibilidad de ser instalados en cualquier lugar donde tengamos toma de corriente. La velocidad de giro de estos accionamientos vendrá predeterminada por varios factores como pueden ser, velocidad de transporte, tipo de material a desplazar, diámetro de espira, etc. También nos encontramos la posibilidad de diferentes posiciones de montaje para que el gr upo de accionamiento no resulte un obstáculo a la hora de ser instalado el equipo en su lugar de trabajo.
ZONA DE DRENAJE: La zona de drenaje es la que nos permite evacuar el posible líquido que se pueda almacenar en el equipo.
Siempre dependiendo el tipo de material con el que nos encontraremos con más o menos cantidad de agua a drenar, aunque se trabajen con materiales completamente deshidratados se pueden montar los drenajes para una limpieza del equipo.
Principio de funcionamiento . El transportador se pone funcionamiento a través del sistema motor que consta de un reductor y le suministra el movimiento al tornillo sinfín el cual va montado en cojinetes, en dependencia de la longitud tendrá cojinetes intermedios que funcionaran como puntos a apoyo para evitar flexiones o la distorsión de la espiral. La carga se realizara por un extremo en la parte superior y la descarga se realizara por la parte inferior del otro extremo.
Clasificación Los transportares de Sinfín pueden clasificarse en dos grandes grupo, como transportadores de sinfín tubular y transportadores de sinfín canal, que según el uso y el tipo material que deberán transportar variaran en el tipo de tornillo y de la artesa.
TRANSPORTADOR DE TORNILLO SINFÍN TUBULAR. Aptas para la extracción, la dosificación y el transporte de hormigón, barro, materiales inertes de varios tipos, tanto en posición horizontal como inclinada hasta llegar al transporte vertical (elevadores), utilizando varias prolongaciones ensambladas con sólidas bridas. Características técnicas * Longitud: Puede ser cualquiera, a solicitud del cliente. * Lubricación: Se realiza por expresos puntos de engrases, a pedido se puede realizar un sistema de engrase con control remoto. * El Sinfín consta de un motor reductor directo con árbol, ensamblado con bridas, con posibilidad de montaje tanto en zona de carga como en zona de descarga. * Potencias de motores desde 1.1 hasta 15 Kw que pueden adoptar distintas relaciones de reducción 1:5, 1:7. 1:10, 1:15, 1:20 dependiendo de las exigencias del cliente. TRANSPORTADOR DE TORNILLO SINFÍN CANAL. Pueden ser utilizadas como alternativas de la serie tubular para la extracción, dosificación y el transporte de cemento, cal, hormigón, barro y materiales semejantes. Características técnicas * Longitud: Puede ser cualquiera a solicitud del cliente. * El sinfín consta de un moto reductor directo con árbol, ensamblado con bridas con posibilidades y montaje tanto en zona de cargo como en zona de descarga. * Potencias de motores desde 1.1 hasta 15 Kw que pueden adoptar distintas relaciones de reducción 1:5, 1:20
TIPOS DE TORNILLOS SINFÍN.
Existen varios tipos de transportadores de tornillo sin fin dependiendo del tipo de hélice. Los principales son los de: a) Hélice normal: es la más frecuente y su característica constructiva es que el paso es igual al diámetro. La Hélice normal está arrollada a un cilindro. h=D b) Hélice de gran paso (h>D): La característica constructiva de este tipo de hélice que se puede emplear para el transporte de materiales escurridizos h=1, 5D - 2D
c) Hélice de pequeño paso (h
d) Hélice de paso variable. Su aplicación dependerá de donde tengan situada la sección de menor paso. Si la alimentación del tornillo es por gravedad (extracción de tolvas), se suele dar a la sección situada bajo la tolva un paso más corto y un movimiento más suave (o un D menor). Si por el contrario deseamos ejercer una enérgica acción de compresión (Bomba Fuller) la zona de menor paso estará en la parte final del transporte.
e) Hélice de dos entradas. Suele emplearse si se desea un flujo más uniforme del material, recomendada para el transporte de material delicado. También tiene aplicación para transportadores inclinados o verticales.
f) Hélice de tres entradas: De ventajas análogas a la de dos entradas, empleada como alimentatriz y cuando no es posible el empleo de soportes intermedios, apoyándose directamente sobre el canal.
g) Hélice con forma del borde especial. Especialmente indicada para materiales que tiendan a apelmazarse, por ejemplo granos y cereales. Con esta forma se consigue un agitado y transporte simultáneos. También se emplean para material con piezas de distintas granulometrías.
h) Hélice de pletina. De especial interés para el transporte de alquitrán caliente, asfalto y materiales similares. Con esta hélice se evitan atascos y es conveniente para materiales para los cuales se emplean transportadores tipo Redler.
i) Hélice mezcladora. Con paso a derechas una, y con paso a izquierdas la otra, pero una con mayor diámetro, para que el material a la vez que se agite vaya avanzando.
Ventajas. * Son compactos.
* Diseño modular: fácil instalación. * Soportes y apoyos simples * Soportan altas temperaturas. * Fácil hermeticidad. * Extremadamente versátiles.
Desventajas. * No grandes tamaños (hasta 50 m). * No se pueden transportar materiales frágiles, delicados o abrasivos. * Mayores requerimientos de potencia. * Al quedar resto de materiales transportados con anterioridad existen riesgos de contaminación. * Volumen de material bajo.
EJEMPLO DE CÁLCULO Datos El transporte se llevará a cabo en el plano horizontal, no teniendo que salvar desnivel alguno. El material a transportar será arroz cáscara de ρ=0,6 tn/m³.
La capacidad de transporte será de 10 tn/h y el dimensionado del equipo se hará para una distancia de transporte de 15,65m Calculo de la capacidad y la Velocidad. La capacidad de transporte de un sin-fin horizontal viene dada por la siguiente fórmula: CT
D 4
2
d 2 h 60 n C1
Siendo:
CT: Capacidad de transporte (m 3/h). D: Diámetro de la hélice.(mts) d: Diámetro del eje de la hélice (mts). h: Paso de la hélice. N: r.p.m. C1: Coeficiente de llenado
Sabiendo que el material pertenece al grupo A podremos determinar la constante C 1: COEFICIENTE DE LLENADO C1 Y CLASE DE MATERIAL TIPO DE MATERIAL
CLASE
Coeficiente C1
Pesado y abrasivo
D
0.15
Pesado y poco abrasivo
C
0.25
Ligero y poco abrasivo
B
0.35
Ligero y no abrasivo
A
0.45
Por tanto C1 = 0.45, (se trata de un material ligero y poco abrasivo). CT es de 16.7 m3/h. Dado que la inclinación es nula utilizamos un tipo de hélice normal en el que el paso es igual al diámetro de la hélice. Como en este caso el diámetro del eje de la hélice se puede considerar nulo y el paso de la hélice coincide con su diámetro la ecuación nos queda : CT =
p 4
3
* D * 60 * n * C1
El diámetro de la hélice lo obtenemos de los ábacos de capacidad (Link-Belt Co.) que para materiales del grupo A y capacidad de transporte inclinado 16,7 m 3/h: D = 40 centímetros. Ahora podemos calcular las revoluciones por minuto : n
16.7 * 4 60 * 0.45 * * 0.40
3
13r . p.m
Cálculo del área de llenado.
S * * D 2 4 0.05m 3
λ=
Coeficiente de relleno de la sección
Cálculo de la velocidad de desplazamiento del transportador.
v
t: paso del tornillo en m.
t * n 60
0.4 * 13 60
0.086m / s
n: rpm
Cálculo del flujo del material
Q 3600* s * v * * k 3600 * 0.05* 0.086*1 16.8tn / m 3
s: área de llenado del canalón
v: Velocidad de desplazamiento del transportador
γ: Densidad del material tn/m
3
k:Coeficiente de disminución del flujo del material
Cálculo de la potencia del accionamiento
.
P= PH+PN+PST
PH: es la potencia necesaria para el desplazamiento horizontal del material. PN: es la potencia para el accionamiento del tornillo en vacío. PST: es la potencia requerida para un tornillo sin fin inclinado=0
PH C 0 *
Q * L 367
1.2 *
16,8 * 15.65 367
0.86 KW
L= Longitud del tornillo. C0= Coeficiente de resistencia del material.
PN
D * L 20
0.4 * 15.65 20
0.32 KW
PST= 0
P PH PN 0.86 0.32 1.18 KW
Cálculo del Par a transmitir. El cálculo del par necesario a transmitir al eje sigue la siguiente fórmula:
M
P * 9550 n
1.18 * 9550 13
870 Nm
P´: potencia absorbida por el eje en Kw N: revoluciones del tornillo (rpm)
Observamos que según la tabla de la Norma DIN 15621 el par a transmitir está por debajo del par admisible de la hélice.
Cálculo de la potencia del Motorreductor. Consideramos un rendimiento ( ) de 0.85. P motor
P
1.18 0.85
1.38 KW 1,87CV 2CV
Elección del motorreductor Comercial. Marca: Siemens Modelo: WT4ET0200 Potencia: 2CV Rpm max: 1750rpm Voltaje: 220V Polos: 4 Cálculo y selección de los rodamientos. Cálculo de la carga radial. La carga radial que soportan los rodamientos viene dada por la fórmula: Pe Vhelice * g 0.05 * 7000 35kg 2
2 0.4 13kgf F c M * W * 35 * 13 * * 2 60 2 2
D
FR = 40 Kgf Por lo tanto, la fuerza que deben soportar los rodamientos es : Qr Pe Fr Fc 350 40 13 400 Kp 4000 N
La carga dinámica es de 4000N. Cálculo de la fuerza axial. FA = 1.25 * Q r = 5000 N FA: fuerza axial ejercida sobre los rodamientos.
Cálculo de la carga estática equivalente. P 0 Qr 0.52 * Fa 4000 0.52 * 5000 6600 N
Selección del tamaño de rodamiento. Se utilizarán los cálculos realizados en los apartados anteriores: Hemos escogido los rodamientos de la firma comercial SKF. Así pues, para el rodamiento de bolas, se elegirá uno con diámetro interior de 30 mm, diámetro exterior de 55 mm y ancho de 9 mm (2B). Designación: 16006.
BIBLIOGRAFÍA
La Escuela del Técnico Mecánico – ELEMENTOS DE MÁQUINAS Y MÁQUINAS ELEVADORAS TOMO IV Manual del Constructor de Máquinas – TOMO 2 – H. Dubbel.
Tablas y Catálogos consultados en: http://www.linkbelt.com/
Tablas y Catálogos consultados en: http://www.skf.com/ar/index.html
