U N E X P O
República Bolivariana de Venezuela Universidad Nacional Experimental Politécnica "Antonio José de Sucre" Vice-Rectorado Puerto Ordaz Departamento de Ingeniería Mecánica Cátedra: Tesis de Grado
Diseño de dos (2) cintas U transportadoras para el transporteNde material en las interconexiones de la E fosa multipropósito con la línea de producción en P.M.H de X C.V.G Ferrominera Orinoco C.A. P
O Realizado por: Marsden Guillermo C.I: 13.336.227
Puerto Ordaz; 05 de Noviembre de 2007
Diseño de dos (2) cintas transportadoras para el transporte de material en las interconexiones de la fosa multipropósito con la línea de producción en P.M.H de C.V.G Ferrominera Orinoco C.A.
U N E X P O
República Bolivariana de Venezuela Universidad Nacional Experimental Politécnica "Antonio José de Sucre" Vice-Rectorado Puerto Ordaz Departamento de Ingeniería Mecánica Cátedra: Tesis de Grado
Diseño de dos (2) cintas transportadoras para el transporte de material en las interconexiones de U la fosa multipropósito con la línea deN E producción en P.M.H de C.V.G Ferrominera Orinoco C.A.X
P Trabajo presentado ante el departamento de O Ingeniería Mecánica de la unexpo, Puerto Ordaz,
Realizado por: Marsden M. Guillermo A.
para optar al titulo de Ingeniero Mecánico ASESOR/TUTOR/JURADO Académico: Ing. Marcial Bocaranda
__________________________
Industrial: Ing. Eulogio Herrera
__________________________
Jurado: Ing. Carlos Herrera
___________________________
Puerto Ordaz; 05 de Noviembre de 2007
Dedicatoria
A Dios todopoderoso… por siempre guiarme y escuchar mis oraciones…
A mi Madre que me ha dado todo su amor, fuerza y apoyo incondicional…
A mi Padre por enseñarme que ser un profesional es primordial en la vida…
A mi hermana Adelys por ser ejemplo de estudio, valor, fuerza para lograr lo que uno se propone…
A mi hermana Guidalys que desde el cielo no ha dejado de guiarme por el buen camino… gracias mi hermana por estar siempre conmigo…
A mi esposa… Cielo eres mi motivación… eres mi vida…
A mi hijo Guillermo Andrés que viene en camino… fuente de lucha para culminar mis estudios…
v
AGRADECIMIENTO
A Dios… por ser la luz de mi camino…
A mi Madre por todo su amor y apoyo para lograr esta pasantía…
A mi tutor Industrial Ing. Eulogio Herrera, por haberme asesorado en todo momento, por su comprensión, confianza y paciencia…
A mi tutor Académico Ing. Marcial Bocaranda, por enseñarme las herramientas básicas para la elaboración de este proyecto.
A todos los trabajadores de Ingeniería de Planta de P.M.H de C.V.G Ferrominera Orinoco que de alguna manera me brindaron su opinión y su amistad para el desarrollo de este trabajo…
vi
Marsden,
Guillermo
(2007).
DISEÑO
DE
DOS
(2)
CINTAS
TRANSPORTADORAS PARA EL TRANSPORTE DE MATERIAL EN LAS INTERCONEXIONES DE LA FOSA MULTIPROPÓSITO CON LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN EN P.M.H DE C.V.G FERROMINERA ORINOCO C.A.
RESUMEN
En el siguiente trabajo se efectuó el estudio de Diseño de dos (2) cintas transportadoras para la interconexión de la fosa multipropósito con la línea de producción en la planta de Procesamiento de Mineral de Hierro en C.V.G Ferrominera Orinoco C.A, para la transportación del mineral de hiero. También se realizo el diseño de un embudo divisorio central de la fosa multipropósito. El estudio se baso en una investigación de tipo aplicada, activa y de campo con un método de análisis cuantitativos, como método de obtención de información se utilizaron entrevistas no estructuradas y documentación existente en la empresa. El estudio se realizo en la fosa multipropósito a la salida del sistema de trituración secundario, tomando en cuenta como valores iniciales las longitudes de las cintas, la capacidad de las cintas y las propiedades del mineral de hierro concentrado, de bajo y alto tenor. En el estudio se usaron elementos existentes en almacén como, motores, rodillos, poleas, rodamientos, reductores y acoples. Para la estructura se diseño con acero A-36 soldadura y pernos, la propuesta de diseño puede procesar o recibir promedio de 8 millones de toneladas de mineral de hierro.
Palabras claves: ferrominera, diseño, cintas transportadoras, bastidor, estructura, poleas, reductores, rodillos, embudo divisorio o pantalón.
vii
INDICE Página
CAPÍTULOS
I.
II.
ANTEPORTADA.....................................................................................
i
PORTADA......................................………..…………...……….………
ii
DEDICATORIA.....................................……………….………………..
v
AGRADECIMIENTOS........…………………………………...………..
vi
RESUMEN......………………………………………………..…………
vii
INTRODUCCIÓN................................……………………….…………
1
EL PROBLEMA…………………………………………………………
3
Planteamiento del Problema.………………....………………………….
3
Formulación del Problema.………………....…..…….……….…………
4
Objetivos....................................................................................................
5
Justificación................................................................................................
5
Alcance.......................................................................................................
6
Delimitaciones............................................................................................
6
Limitaciones...............................................................................................
6
MARCO EMPRESARIAL………….......................................................
7
Reseña Histórica…………………….………………....…..…….............
7
C.V.G Ferrominera Orinoco C.A..............................................................
10
Ubicación de la Empresa...........................................................................
11
Objetivos de la Empresa……………………………….……..….............
12
Objetivos Específicos de la Empresa………………….……..…..............
12
Visión......................……………………… ……………...……………...
12
Misión........................................................……………………………....
13
Política integral..................................................………...……………….
13
P.M.H.................…….................................................................………..
14
Diagrama de Flujo P.M.H….......................................................………..
15
Diagrama de Flujo del Proceso de Operaciones........................................
16
Estructura Organizacional.................................................….…………...
17
viii
III.
IV.
Gerencia donde se realizo el proyecto..................................….………
18
Objetivos de la Gerencia de P.M.H………………….……..…............
18
Función de la Superintendencia de Planificación y Control…..………
19
Antecedentes..................................................………...……….………
20
MARCO TEÓRICO…………………………………………………...
21
Historia de cintas transportadoras.................................………………
21
Capacidad.................................…………..….….…...…..…....………
22
Adaptación a los primeros Terrenos................................…………….
23
Una cama de camino.................................……………………………
23
Bajo peso de la estructura del transportador..............................……...
24
Múltiples compuertas y puntos de descarga..............................………
24
Extensión y movilidad.................................………………………….
25
Control.................................…………..….….…...…..…....….………
25
Bases teóricas.................................…………………………………...
26
Fundamentos del diseño de cintas..............................…......................
26
Definiciones.................................…………………………………….
27
Consideraciones básicas de diseño.............................…......................
28
Definición y clasificación de los elementos de cintas…........………..
31
Cinta Transportadora....................……………………………………
31
Tipos de cintas transportadoras............................…............................
32
Componentes de una cinta transportadora..................….....................
34
Definiciones de los componentes de la cinta…........….......….............
36
Cinta Transportadora....................…………………………………….
31
Tipos de cintas transportadoras............................….............................
32
Cálculos generales de una cinta transportadora..............……………..
58
MARCO METODOLÓGICO……………………………………….
77
Tipo de investigación.................................…………………………...
77
Población y muestra...................…………..….….…...…..…....……..
78
Técnicas e instrumentos de recolección de datos............…………….
78
Entrevistas................................……………………………………….
79
ix
V.
Instrumentos..............................…......………....……………………..
79
Procedimientos............................................…..............…......………..
80
Tabulaciones y análisis de datos.................................………………..
81
CÁLCULOS DE DISEÑO…………………………………………….
82
Datos generales de la Cinta Nº 1.................................………………..
82
Cálculos basados en la capacidad de diseño....…………...…....……..
82
Cálculos de las tensiones en la capacidad de diseño.......……………..
85
Cálculos basados en la capacidad real...........…………………............
92
Cálculos de las tensiones en la capacidad de real.......………………..
94
Selección del motor.....................................................................……..
102
Selección del reductor FALK...................…………………………….
102
Selección del acople...................……………………………………...
105
Polea motriz y eje....................………………………………………..
105
Peso equivalente del conveyor de la Cinta Nº 1………………………
106
Diseño de curva vertical convexa……………………………………. Espaciamiento de los bastidores en curvas convexas…………………
108
Uso de poleas deflectoras en curvas convexas………………………..
111
Cálculos de la cercha de la cinta Nº 1.....…………………………….
113
Selección del perfil a utilizar para la cercha de soporte........................
118
Cálculo de la las fuerzas que actúan sobre los pórticos……………….
120
Selección de los perfiles a utilizar para los pórticos…………………..
125
Cálculo de las uniones soldadas de la cercha y los pórticos…………..
127
Unión de los elementos de los pórticos………………………………..
128
Cálculo de las fundaciones de los pórticos……………………………
129
Datos generales de la Cinta Nº 2.................................………………..
131
Cálculos basados en la capacidad de diseño....…………...…....……..
131
Cálculos de las tensiones en la capacidad de diseño.......……………..
134
Cálculos basados en la capacidad real...........………………...............
141
Cálculos de las tensiones en la capacidad de real.....…………………
143
Selección del motor...................................................................………
138
x
109
Características del motor...............……………………………………
151
Selección del reductor FALK...................……………………………
152
Selección del acople...................……………………………………..
154
Polea motriz y eje...................………………………………………..
155
Peso equivalente del conveyor: Cinta Nº 2...................…....................
156
Cálculos de la cercha de la cinta Nº 2.....…………………………….
158
Selección del perfil a utilizar para la cercha de soporte........................
163
Embudo divisorio o pantalón……….......…………………………….
165
Mantenimiento...........………………........……………………………
166
Problemas, causas y correcciones en cintas transportadoras....……….
166
CONCLUSIONES.....................................……………….……………..
171
RECOMENDACIONES........…………………………………...……….
173
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………..……….
174
ANEXOS.....................................……………….………………………..
175
PLANOS.....................................……………….………………………..
176
xi
LISTADO DE FIGURAS Pág.
Figura 1. Ubicación geográfica de la empresa……………….……………………………..
11
2. Diagrama de flujo de P.M.H..................................................….............................
15
3. Diagrama de flujo del proceso de operaciones...................…................................
16
4. Estructura organizativa................….......................................….............................
17
5. Organigrama de la Superintendencia de Planificación y Control................….......
19
6. Componentes de una cinta transportadora...........................…..............................
34
7. Esquema del sistema motriz................….............................…..............................
37
8. Esquema Interno de acople flexible................…...............….................................
38
9. Esquema interno de acople hidráulico en operaciones................….......................
39
10. Composición de una correa transportadora...............….......................................
40
11. Tipos de poleas................….............................….................................................
42
12. Placas de impacto y deflectores................….............................…......................
45
13. Laterales y sellos de polvo..............…...............…...............................................
46
14. Forma correcta de colocar una caja de cola y su sello de goma...........................
47
15. Esquema de elementos de limpieza..........….......................................................
47
16. Raspador de goma............................…................................................................
48
17. Protectores de poleas en V y diagonales..............…........................................…
49
18. Mesa de impacto.............................................….................................................
49
19. Ubicación de cortinas de polvo..............….............................…..........................
50
20. Boquillas de aspersión de agua en la salida del chute de carga........…................
51
21. Estación de rodillos de carga...........................…..........…..........…........…..........
52
22. Estación de rodillo de impacto.........….................................................................
53
23. Estación de rodillo de retorno.........….................................................................
53
24. Estación de rodillo autoalineantes.........…............................................................
54
xii
25. Estación de rodillos guías.........….........................................................................
55
26. Partes de un rodillo transportador.........................................................................
57
27. Holgura de la banda..............................................................................................
58
28. Área de carga de la banda…………….…………………………….…………
59
29. Área del lado plano de la banda............................................................................
60
30. Elementos del tambor o polea................…..........................................................
72
32. Disposición de la cinta Nº 1..............….............................…...............................
113
33. Estructura de la cercha cinta N º 1...................................….................................
114
34. Cálculo de la las fuerzas que actúan sobre los pórticos…………………………
120
35. Unión de los elementos de la cercha……………………………………………
127
36. Unión de los elementos de los pórticos.................................................................
128
37. Disposición de la cinta Nº 2..............….............................…...............................
158
38. Embudo divisorio o pantalón........….............................…...................................
165
xiii
LISTADO DE TABLAS Pág.
Tabla 1. Modelo para seleccionar estaciones de rodillos mediante catálogos……………
52
2. Espacio sugerido entre rodillos de carga y de retorno..........................................
56
3. Valores de Ai..............…......................................…..............….............................
65
4. Tensiones generadas por las poleas……………………………………………….
88
5. Resumen de cálculos de cinta Nº 1.....…...................................…......................
101
6. Valores de Bm para la cinta cóncava…………………………………………….
109
7. Factores que dependen del ángulo de acanalamiento en los bastidores de carga...
109
8. Resumen de cálculos de cinta Nº 2.....…...................................…......................
150
9. Selección de motor cinta Nº 2.....…...................................…............................... 10. Problemas, causas y correcciones en cintas transportadoras en general.…..........
151
xiv
166
INTRODUCCIÓN
Los sistemas de transporte a través de cintas transportadoras son los más usados en los procesos de producción de la gran mayoría de las empresas del mundo, a estos sistemas es necesario sacarle el máximo aprovechamiento para que generen productividad a la empresa.
Corporación Venezolana de Guayana FERROMINERA ORINOCO C.A, es
una
empresa del Estado Venezolano encargada de la explotación del hierro y sus derivados, con eficiencia, productividad y calidad y al mas bajo costo posible, a fin de abastecer en forma oportuna. suficiente material a la industria
siderúrgica nacional y aquellos
mercados internacional que resulten económico y estratégicamente atractivo, logrando con ello contribuir el desarrollo económico del país.
Debido a las metas pautadas y las actuales tendencias de mejorar los sistemas que están ocurriendo en la actualidad en el parque industrial, la empresa esta obligada a preparase para los nuevos retos que en la parte de procesamiento de mineral de hierro se trazan. La empresa ha venido trabajando en los últimos años con el objetivo de una serie de cambios tanto administrativo como de producción con la finalidad de mantenerse dentro del régimen de competitividad y posicionamiento del mercado del hierro.
Actualmente en C.V.G FERROMINERA ORINOCO C.A, se necesita el Diseño de dos (2) cintas transportadoras para el transporte de material en las interconexiones de la fosa multipropósito con la línea de producción a la salida del sistema de trituración secundario, promovido por la Gerencia de P.M.H, así mismo se necesita el diseño de un embudo divisorio triple central, ya que se desea mejorar el sistema de transportación y el tiempo de traslado del material, para lograr la propuesta anual de la empresa “nuevo record de producción”
1
Para el estudio del diseño de las dos cintas transportadoras y el embudo divisorio o pantalón se trabajo tanto con elementos ideales o con los existente en inventario (nuevo), también se esta trabajando con elementos recuperados o existentes en la empresa en estado de abandono, o que se encuentran fuera de servicio como son poleas, reductores motores y rodillos, logrando así reducción de costos a la hora del nuevo sistema.
Por lo tanto este informe tiene como finalidad dar a conocer la información para el diseño de dos cintas transportadoras necesarias en la planta de procesamiento de mineral de hierro de C.V.G Ferrominera Orinoco C.A. También se da a conocer el diseño de un embudo
divisorio
triple
central
que
enlaza
a
tres
cintas
transportadoras
consecutivamente para el vaciado y transportación del mineral. Este estudio fue realizado mediante una investigación aplicada activa y de campo; esta aplicada al área de la fosa multipropósito con la línea de producción a la salida del sistema de trituración secundario.
El procedimiento que permitió lograr los objetivos de la presente investigación implicó: entrevistas, observaciones, obtención de información bibliográfica, mediciones y un análisis de mejoras continúas de todos los elementos durante el diseño. A través de este informe se presenta el resultado de la investigación realizada en los siguientes capítulos. En el capítulo I: Se presenta el problema y objetivos
de la
investigación, el alcance, limitaciones, delimitaciones y la justificación del diseño. En el capítulo II: Se expresan las generalidades de la empresa. En capítulo III: se aborda el marco teórico, donde se presentan las bases teóricas y se muestra el diseño metodológico que fue seguido para realizar el estudio. En el capítulo IV: Se detallan los aspectos referentes al marco metodológico. En el capítulo V: Se exponen y analizan los resultados, finalmente se expresan las conclusiones, recomendaciones y referencias bibliográficas y anexos.
2
CAPITULO I EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La empresa C.V.G. Ferrominera Orinoco representa a Venezuela en lo que se refiere a la minería del hierro en todo el territorio nacional, ella posee la responsabilidad de extraer, procesar y suministrar mineral de hierro a sus clientes ya sea tanto en el territorio nacional como internacional.
De manera general el sistema de procesamiento consiste en sucesivas etapas de molienda, trituración, clasificación, cribado y secado del mineral, para el despacho y traslado al exterior e interior del país. Para la ejecución de estas actividades cuenta con la Gerencia de Procesamiento del Mineral de Hierro (P.M.H) la cual tiene como objetivo garantizar la realización de los programas de producción en términos de costos, calidad y conformidad, de acuerdo con las exigencias de los clientes.
Para hacer esta distribución y transportación del mineral de hierro se utilizan Cintas o Correas transportadoras que es el elemento de mayor importancia en el sistema de P.M.H.
La cinta transportadora, es una tira de caucho reforzada internamente por hilos de fibra sintética y en ciertos casos por mallas de alambre de acero. La cinta es el elemento principal de transporte, ya que se encuentra en continuo movimiento sobre los elementos móviles del equipo y soporta o absorbe diferentes cargas de trabajo.
3
Hoy en día la empresa moderna busca desarrollar estrategias de Diseño y mejoras integrales con el propósito de incrementar la disponibilidad de los equipos de la planta y optimizar el desarrollo de sus operaciones, así como la generación de altos índices de productividad y rendimiento.
Actualmente en la Gerencia de Procesamiento del Mineral de Hierro (P.M.H), se necesita el diseño de dos (2) cintas transportadoras con un embudo divisorio o pantalón para la transportación diversas de material en las interconexiones de la fosa multipropósito con la línea de producción, ya que se desea mejorar el sistema de transportación y el tiempo de traslado del material.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
La Gerencia de Procesamiento del Mineral de Hierro (P.M.H) la cual tiene como objetivo garantizar la realización de los programas de producción en términos de costos, calidad y conformidad, de acuerdo con las exigencias de los clientes; Actualmente requiere el diseño de dos cintas transportadoras para el traslado del material a un nivel más rápido y efectivo, evitando pasar este material por los procesos de trituración primario y secundario, dada las características granulo métricas de este material el cual tiene dimensiones inferiores de 4 pulgadas. Se diseñara la primera cinta con una estructura bastante alta con una curvatura vertical convexa para que permita el paso de vehículos pesados u otras maquinarias para así mejorar la estructuración y tiempo del sistema de producción en la empresa. La segunda cinta será totalmente plana inclinada ascendente. Se diseñara un embudo de tres divisiones el cual servirá para mejorar el vaciado de material así como su transportación. Por tal motivo surge la siguiente pregunta de investigación:
¿Puede el diseño de cintas transportadoras optimizar el procesamiento del mineral de hierro? ¿Se puede mejorar el tiempo y vaciado del material con los embudos divisorios para el traslado a diversas cintas?
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar de dos (2) cintas transportadoras y un embudo divisorio o pantalón para la transportación diversas de material en las interconexiones de la fosa multipropósito con la línea de producción a la salida del sistema de trituración secundario, promovido por la Gerencia de P.M.H de C.V.G Ferrominera Orinoco, con la finalidad de obtener un mayor cumplimiento de traslado y disminuir el tiempo de transportación del material procesado.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS •
Diseñar las cintas de acuerdo a las especificaciones requeridas.
•
Identificar los equipos necesarios para el montaje.
•
Realizar cálculos resistivos de las estructuras que soportaran la cinta.
•
Elaborar planos de cintas transportadoras.
•
Esquema del embudo divisorio o pantalón.
JUSTIFICACIÓN
La realización del diseño de dos cintas transportadoras, así como el embudo divisorio sugerido por la Gerencia de (P.M.H), es de suma importancia para este departamento, debido a que estas cintas van a permitir mejorar el traslado del material y el tiempo de traslado, aumentando así el nivel de producción de la empresa.
5
Es de gran importancia evitar contratiempos en las áreas operativas de trabajo ya que
estas
cintas
constituyen unos de los
sistemas
de
transporte más
importantes de la empresa y muchas veces se tiene que parar el traslado por el mineral acumulado o trancado que debe ser limpiado para su nueva activación. Estas demoras por paradas imprevistas se tienen que disminuir, para lograr reducir costos por empleo de materiales, equipos y mano de obra de manera recurrente y no planificado, e incrementar la disponibilidad del sistema en general lo que permitirá una optimización de la labor que el mismo desempeña.
ALCANCE
Diseñar dos (2) cintas transportadoras y un embudo divisorio o pantalón para las transportaciones diversas de material en las interconexiones de la fosa multipropósito con la línea de producción a la salida del sistema de trituración secundario.
DELIMITACIONES
El proyecto se llevara a cabo en la empresa C.V.G Ferrominera Orinoco en la Gerencia de Procesamiento del Mineral de Hierro (P.M.H) específicamente en la línea de la fosa multipropósito, con la finalidad de realizar el diseño de dos cintas transportadoras y un embudo divisorio para la interconexión de la fosa multipropósito con la línea de producción a la salida del sistema de trituración secundario. La elaboración de este proyecto estará comprendida en un lapso de tiempo de cuatro meses, desde Julio - Noviembre del 2007.
LIMITACIONES
Pocos conocimientos en el área de diseño de embudos divisorios, la tecnología usada para su construcción, de igual manera otra de las restricciones se debe a la falta de disponibilidad de un computador, factores que ocasionan retrasos a la hora de realizar el trabajo.
6
CAPÍTULO II
MARCO EMPRESARIAL
Reseña histórica
El hombre primitivo se valió del hierro en su estado natural utilizando trozos de metal para la fabricación de armas y herramientas. Durante siglos se fabrico hierro metálico a partir del mineral de hierro mezclado con carbón en combustión.
Dentro de las afirmaciones de cómo comienza la historia del hierro en nuestra zona se conoce que en 1926, en el cerro El Pao, estado Bolívar, Venezuela, el señor Arturo Vera, quien residía en un fundo de la zona llamada Las Adjuntas, encuentra un canto rodado de una roca negra, brillante, dura y pesada, que recoge y lleva a su casa y la empieza a usar para amolar machetes; Luego el Señor Simón Piñero empleado de una firma reconocida llamada Boccardo y Cia de Ciudad Bolívar, al enterarse acompaña a Vera hasta el cerro Florero donde obtienen muestras suficientes para enviar a los Estados Unidos.
En Venezuela, específicamente en la región Guayana, abunda el mineral de hierro. A partir de 1724, la misión Guayana del Caroní regentada con la presencia de los misioneros capuchinos, se inició el interés por el hierro, en un período de trabajo que va desde las forjas catalanas surtidas por las llamadas minas frailescas, hasta la explotación de las vetas de Cupapui, en las vecindades de Upata, y la más
7
productiva de Santa Rosa, quedando algunos vestigios cerca de Ciudad Bolívar, “minas de Mundo Nuevo, él método utilizado por aquellos fundadores de pueblo era conocido como “la Forja de Catalana.” Esto acaeció justamente cuando en Europa se iniciaba la Revolución Industrial.
Sin embargo, con el correr de los años, el entusiasmo por el hierro se apagó y no reapareció sino hasta 1883, cuando se otorgó al norteamericano Cyrenius Fitzgerald la primera concesión (22 de septiembre) para la extracción de mineral de hierro en Delta Amacuro. Ya mediados del siglo XX, el mineral de hierro fue extraído con métodos modernos para alimentar primeramente los altos hornos de las acerías, para 1993 la Bethlehem Steel Corporation reciben en concesión por traspaso los yacimientos del cerro del Pao (descubierto en 1926).
En 1947 fueron descubiertos y entregados en concesión los conocidos yacimientos ubicados en el Cerro Bolívar, los cuales desarrollarían comercialmente la Orinoco Mining Company subsidiaria de la United State Steel. El 24 de Julio del año 1950, se iniciaron las actividades de exploración del mineral de hierro a escala industrial, en esta fecha bajo el primer tren cargado de mineral de hierro de la mina operada por Iron Mines Company of Venezuela con el apoyo de su casa matriz Bethlehem Steel Corporation.
El primero de Enero de 1975, el estado Venezolano nacionaliza la industria extractiva del hierro y la Corporación Venezolana de Guayana (C.V.G), asumiendo la propiedad y el manejo para construir en Diciembre de ese mismo año, la empresa C.V.G. FERROMINERA ORINOCO C.A. iniciando sus operaciones el primero de Enero de 1976, eliminando así las concesiones otorgadas a las empresas extranjeras Iron Mining Company of Venezuela, Orinoco Mining Company y sus matrices que practicaban la minería del hierro.
8
Sin embargo, el segundo quinquenio de los años 70 no fue favorable para el mercado internacional del hierro, la producción del hierro declino peligrosamente, descendiendo de 26.424.000 toneladas en 1974 a 18.685.000 toneladas en 1976 y 15.260.300 toneladas en 1976, al año siguiente C.V.G. FERROMINERA ORINOCO C.A. tuvo inquietantes problemas por el descenso de la demanda en el mercado internacional, lo que origino la bajas de las ventas en el exterior en un 50%.
La empresa realizo grandes esfuerzos para la colocación del mineral y para el aumento de la producción, situación precaria persistente durante la primera mitad de los años 80. De aquí en adelante empezó a escalarse por encima de los 16 millones de toneladas métricas. Del total de la producción de 1986 San Isidro aporto el 52%, Cerro Bolívar el 29% y el Pao el 12%.
Por su parte, C.V.G. adelanta planes para el apoyo al desarrollo mineros de los Pijiguaos (Bauxita) al rescate de la planta MINORCA y su abastecimiento con mineral de la empresa, así como también la construcción del Sistema de Transferencia de mineral de hierro para aumentar la capacidad de exportación y conquistar nuevos mercados.
Para 1985 entro en operación la Mina San Isidro, inaugurándose en 1988 la segunda etapa del proyecto Ferroviario de San Isidro, con una inversión de 90 millones de Bolívares y un incremento en la producción de 7.000.000 de toneladas.
9
C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A
Es una empresa del Estado, tutelada por la Corporación Venezolana de Guayana (C.V.G) y adscrita al Ministerio de Industrias Básicas y Minería del Gobierno de la República Bolivariana de Venezuela.
Dedicada a la extracción, procesamiento, comercialización y venta de mineral de hierro y sus derivados en el territorio venezolano, donde proveemos a una acería y cinco plantas de reducción directa y exportamos a diversos países ubicados en Europa, Asia y América Latina.
Tienen una capacidad instalada de producción de 25 millones de toneladas por año y una explotación constante en nuestras minas a cielo abierto, ubicadas en el Estado Bolívar.
Cuentan con una Estación de Transferencia de mineral ubicada en Boca de Serpientes, frente al delta del río Orinoco en el océano Atlántico, que puede almacenar hasta 180 mil toneladas métricas de mineral, lo cual le permite una capacidad de transferencia anual del orden de 6,5 millones de toneladas. Asimismo, operamos una red ferroviaria de 320 kilómetros.
Experiencia, calidad y responsabilidad social hacen de C.V.G Ferrominera Orinoco pilar fundamental de la industria ferrosiderúrgica nacional, garantizando el crecimiento de la cadena productiva del acero y propiciando la generación de productos de valor agregado, para impulsar el desarrollo endógeno de nuestro país.
10
Ubicación de la empresa
C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A., se encuentra ubicada en Venezuela (América del Sur), (Ver figura 1) específicamente en el Estado Bolívar. Cuenta con dos centros de operaciones, Ciudad Piar, donde se encuentran los principales yacimientos de mineral de hierro; y Puerto Ordaz, donde se encuentran la planta de procesamiento de mineral de hierro, muelles y oficinas principales.
Figura N°1. Ubicación geográfica
Fuente: www.ferrominera.com
11
Objetivos de la empresa
El objetivo principal de la empresa C.V.G FERROMINERA ORINOCO C.A., es extraer, procesar y suministrar Mineral de Hierro, al mercado Nacional e Internacional.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA EMPRESA
•
Adquirir el control pleno de la industria extractiva de mineral de Hierro.
•
Asegurar el nivel de precio satisfactorio.
•
Explorar, explotar, extraer y procesar el mineral de todos sus yacimientos con el fin de obtener un máximo aprovechamiento de los recursos minerales existentes.
•
Garantizar los volúmenes de producción y suministro del mineral de hierro requerido por el mercado nacional y el mercado internacional.
•
Minimizar los efectos negativos que puedan originar los procesos producidos en el medio ambiente.
Visión de la empresa
Ser una empresa con una gestión de calidad, en armonía con el medio ambiente, que ofrezca productos altamente competitivos al sector siderúrgico nacional e internacional.
12
Misión de la empresa
C.V.G. FERROMINERA ORINOCO C.A., empresa del Estado Venezolano, tiene como responsabilidad la explotación de la industria del mineral de hierro y derivados con productividad, calidad y competitividad, de forma sostenible y sustentable, para abastecer oportuna y suficientemente a la industria siderúrgica nacional y aquellos mercados internacionales que resulten económicos y estratégicamente atractivos, garantizando la rentabilidad de la empresa y contribuir al desarrollo económico del país.
Política integral del sistema de gestión de C.V.G Ferrominera Orinoco C.A.
Nuestra política en C.V.G, Ferrominera Orinoco, C. A., es extraer, procesar y suministrar mineral de hierro, cumpliendo con la normativa legal, los compromisos acordados con nuestros clientes y los requisitos aplicables relacionados con: la calidad, el ambiente, la seguridad y la salud ocupacional.
Demostramos nuestro compromiso mejorando continuamente el sistema de gestión, con el objetivo de satisfacer las necesidades de nuestros clientes, reduciendo y controlando los riesgos e impactos ambientales asociados a las actividades, productos y servicios; promoviendo la participación y el bienestar de nuestros trabajadores, contratistas, proveedores, visitantes y el entorno donde operamos.
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Procesamiento del Mineral del Hierro (P.M.H)
Al llegar a Puerto Ordaz los trenes cargados con mineral no procesado proveniente de la mina (Todo en Uno) con granulometría de hasta 1 m son seccionados en grupos de 35 vagones, que luego son vaciados individualmente, mediante un volteador de vagones con capacidad para 60 vagones por hora. Una vez volteados los vagones, el mineral es transferido al proceso de trituración para ser reducido al tamaño máximo de 44,45 mm. Cernido: Luego de la etapa de trituración del mineral Todo en Uno, el mineral fino se transporta hacia las pilas de homogeneización y el mineral grueso hacia la Planta de Secado y de allí va a los patios de almacenamiento de productos gruesos. Homogeneización y Transferencia: En esta etapa, el mineral fino es depositado en capas superpuestas
hasta conformar pilas de mineral homogeneizado física y
químicamente de acuerdo con las especificaciones de cada
producto, de allí el
producto es despachado a los clientes o transferido hacia los patios de almacenamiento, los cuales están ubicados en: Pila Norte (Finos), Pila Sur (Gruesos), Pila Principal (Finos y Pellas) y Pila Clientes Locales (Gruesos y pellas). Despacho: El producto destinado para la exportación se encuentra depositado en las pilas de almacenamiento en Puerto Ordaz y en la Estación de Transferencia. El embarque de mineral se realiza por medio de sistemas de carga compuestos básicamente por equipos de recuperación y carga de mineral, correas transportadoras y balanzas de pesaje, para registrar la cantidad de mineral despachada.
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Vagones Cargados en patio de volteo
Empujar vagón cargado
Inicio
Estación de Volteo de Vagones
Diagrama de Flujo Procesamiento de Mineral de Hierro
Trituración Primaria, Secundaria y Terciaria
Pilas de Homogeneización Cernido Natural
Pilas C/D Finos
Gruesos Pilas A/B
Secado
Transferencia Cernido Seco Apilado de Productos Finos Recuperación de Productos Finos
Recuperación de Productos Gruesos
Pilas Norte y Principal
Apilado de Productos Gruesos Pilas Sur y Opco
Carga producto grueso
Carga producto fino
Producto Grueso
Producto fino Cargado en estaciones de carga y/o muelles
Cargado para mercado de exportacion
Entregado a clientes nacionales
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Cargado en estaciones de carga y/o muelles
Cargado para mercado de exportacion
INICIO INICIO
Diagrama de Flujo del Proceso de Operaciones
Planificación de la Producción Desarrollo de Minas Perforación Voladura Excavación y Carga Acarreo
PMH PMH
PTLB PTLB
Descarga
Descarga
2
Carga de vagones en estaciones de Carga y/o muelles
Trituración
Cernido
Conformación tren cargado
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Apilamiento del Producto
Trasporte Tren Cargado
Transferencia y Apilamiento
PPFMO PPFMO
Carga de Productos
Merc. de Exportación
Cernido Natural
Merc. Nacional Transporte tren cargado
Transporte Cargado
Transporte Cargado
Distribución Tren Cargado al Patio de Volteo
Descarga en Fosa PPFMO
Volteo de vagones cargados
FIN FIN
Trituración
FIN FIN
2
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Carga
Acarreo
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Estructura organizacional
C.V.G. FERROMINERA ORINOCO C.A, cuenta con un personal gerencial, técnico y obrero que esta por el orden de las 3700 personas, y una estructura organizativa conformada por Gerencias Generales, Gerencias Operativas y Administrativas.
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Gerencia donde se realizo el proyecto
La realización de este trabajo se llevo a cabo en la Superintendencia de Planificación y Control, adscrita a la Gerencia de Procesamiento de Mineral de Hierro (P.M.H.)
Objetivos de la Gerencia de Procesamiento del Mineral de Hierro (P.M.H)
•
Garantizar el cumplimiento de los programas de producción en términos de costos, calidad y oportunidad, según requerimientos del cliente y la misión de la empresa.
•
Garantizar la disponibilidad de los sistemas, equipos e instalaciones de la planta de procesamiento de mineral de hierro, de acuerdo con los programas de mantenimientos preventivos y correctivos.
•
Asegurar el estudio, propuesta e implementación de mejoras operativas al manejo de l mineral.
•
Asegurar que los proyectos menores se ejecuten de acuerdo con los términos y condiciones acordadas.
•
Garantizar la efectiva administración de los cambios organizacionales.
•
Garantizar la aplicación de las especificaciones establecidas en la norma COVENIN ISO 9000:2000
•
Garantizar la administración responsable de los recursos asignados.
•
Asegurar la aplicación de las normativas establecidas en materia de control ambiental y seguridad industrial.
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Función de la superintendencia de planificación y control. La función de la Superintendencia de Planificación y Control es asegurar la elaboración y seguimientos de los programas de mantenimientos preventivos de los equipos e instalaciones de P.M.H y los programas de producción; así como el control de la gestión de la gerencia, los costos y contratos e implementar las mejoras operativas que requiere la planta, con el fin de lograr la máxima disponibilidad de los equipos y sistema de la planta. Figura Nº 5. Organigrama de la Superintendencia de Planificación y Control
GERENCIA GENERAL DE OPERACIONES
GERENCIA DE (P.M.H)
SUPERINTENDENCIA DE PLANIFICACIÓN Y CONTROL
JEFATURA DE SECCIÓN. CONTROL DE GESTIÓN
JEFATURA ÁREA DE PLANIFICACIÓN DE MANTENIMIENTO
Fuente: www.ferrominera.com
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JEFATURA SECCIÓN INGENIERÍA DE PLANTA
Antecedentes
La línea de la fosa multipropósito fue creada en Abril de 2006 con la intención de reforzar la transportación y suministro del material a todos sus clientes y evitar registrar interrupciones en su operación. El sistema de transportación del mineral en la línea de la fosa multipropósito, se ha ido cumpliendo mediante los planes de modernización y adecuación tecnológica, a través de constantes inversiones para el vaciado de diferentes tipos de mineral de hierro y pellas en las instalaciones de la Planta de Procesamiento de Mineral de Hierro, para convertir esta estructura en una fosa con capacidad de suministrar y transportar por hora hasta 2.600 toneladas de diferentes tipos de productos.
Estos trabajos han consistido en la modificación del mecanismo en el cual se apoyan las dos tolvas de recepción, el reemplazo de los vibroalimentadores y Diseño de nuevas cintas para poder transportar mineral fino y grueso, así como pellas, hasta la pila principal ubicada en los patios de la planta de procesamiento. De igual manera los diseños de los embudos divisorios o pantalones han mejorado el sistema de vaciado, tiempo y traslado de los diversos materiales a diferentes sitios, evitando ser trasladado por camiones dentro de la empresa.
El diseño constante de cintas transportadoras para la línea de la fosa multipropósito ha generado resultados exitosos, y todo apunta a que la empresa garantice un suministro oportuno a todos sus clientes, así mismo contribuye al logro de la propuesta anual de la empresa “nuevo record de producción”
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CAPÍTULO III
MARCO TEÓRICO
Historia de cintas transportadoras
El
transporte
de
material
mediante
cintas
transportadoras, data de aproximadamente el año 1795. La mayoría de éstas tempranas instalaciones se realizaban sobre terrenos relativamente plano, así como en cortas distancias. El primer sistema de cinta transportadora era muy primitivo y consistía en leather, canvas, or rubber belt traveling over a flat or troughed wooden bed. Éste tipo de sistema no fue calificado como exitoso, pero provocó incentivar a los ingenieros para considerar
los
transportadores como un rápido, económico y seguro método para mover grandes volúmenes de material de una locación a otra. Durante los años ’20, la instalación de la compañía H. C. Frick, demuestra que los transportadores de cinta pueden trabajar sin ningún problema en largas distancias. Ésta instalación se realizó bajo
21
tierra, desde una mina recorriendo casi 8 kilómetros. La cinta transportadora consistía de múltiples pliegues de algodón de pato con cubierta de goma natural, que eran los únicos materiales utilizados en esos tiempos para su fabricación. Although outmoded by today's standards, los sistemas de manejo de éstos materiales son seleccionados de preferencia para trabajo pesado, lo cual permite realizar una mejor elección.
Durante la Segunda Guerra Mundial, los componentes naturales de los transportadores se volvieron muy escasos, permitiendo que la industria de goma se volcara a crear materiales sintéticos que reemplazaran a los naturales. La ventaja básica de los transportadores de cinta sobre otros tipos de transporte (como lo son camiones, trenes, transporte aéreo, etc.) es su variada aplicabilidad a los diferentes requerimientos de la industria. Diferentes estudios indican que hoy, los transportadores de cinta se han convertido en el primer método utilizado para el transporte de material.
Capacidad Las
cintas
transportadoras
no
tienen
competencia en cuanto a capacidad de transporte. A una velocidad de 5 m/s, y un ancho de cinta de 1600mm, ésta puede descargar más de 100 toneladas métricas por minuto de material, esto quiere decir 1000Kg/m3 de material.
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Adaptación a los diferentes terrenos
Los
transportadores
pueden
seguir
la
naturaleza ordinaria del terreno, debido a la habilidad que poseen para atravesar pasos relativamente
inclinados
(pendientes
y
gradientes, de hasta 18º, dependiendo del material transportado). Con el desarrollo de tensiones elevadas, materiales sintéticos y/o miembros reforzados de acero, un tramo del transportador puede extenderse por millas de terreno con curvas horizontales y verticales sin ningún problema.
Una cama de camino
El sistema de transportadores de cintas opera en su propia cama de rodillos, los cuales requieren un mínimo de atención. Su reparación o reemplazo, es simple y fácil, y el costo de su mantenimiento rutinario es mínimo.
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Bajo peso de la estructura del transportador El bajo peso de carga y de la estructura del transportador por metro lineal se consigue con un diseño estructural simple que permita atravesar terrenos escabrosos o pendientes muy pronunciadas. La estructura del transportador requiere una pequeña excavación, permitiendo el afianzamiento a tierra de ésta, de la forma que se estime como la más conveniente. Debido a que la estructura es compacta, requiere un mínimo de protección.
Múltiples compuertas y puntos de descarga
Estas características son importantes en la minería o en excavaciones, en donde dos o más operaciones de cavado pueden dirigirse a un mismo punto central de carga. En el final de la descarga, el material puede ser disperso en diversas direcciones desde la línea principal. El material también puede ser descargado en cualquier punto a lo largo del transportador mediante la maquinaria complementaria para éste efecto.
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Extensión y movilidad Las líneas modulares de las transportadoras
de
cintas,
pueden ser extendidas, acortadas o reubicadas con un mínimo de trabajo y tiempo.
Control
El diseño propio de los sistemas de transportadores, ha requerido reducir el control a botones de accionamiento en los diferentes tramos del transportador, y que además pueden ser controlados desde control.
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estaciones
permanentes
de
Bases teóricas
Fundamentos del diseño de cintas.
Muchos ingenieros y diferentes usuarios de los transportadores de cinta, están familiarizados con la teoría y los fundamentos de la transmisión por correa. Un análisis de los aspectos generales de los transportadores de cintas, permite determinar que la transmisión por correa provee de una base para el diseño de los transportadores de cintas y elevadores de cintas. En ambos transportadores la transmisión por correa, es transmitida por fricción entre la cinta y los tambores o poleas de accionamiento. Ciertamente otros elementos del diseño, que también colaboran con el sistema de transmisión, son determinantes tanto en la potencia de la transmisión como en la cantidad de material transportado. La similitud entre ambos casos permite analizar y discutir si los fundamentos del diseño de cintas están restringidos específicamente tanto a los transportadores como elevadores. Este tipo de transportadoras continuas están constituidas básicamente por una banda sinfín flexible que se desplaza apoyada sobre unos rodillos de giro libre. El desplazamiento de la banda se realiza por la acción de arrastre que le transmite uno de los tambores extremos, generalmente el situado en "cabeza". Todos los componentes y accesorios del conjunto se disponen sobre un bastidor, casi siempre metálico, que les da soporte y cohesión. Se denominan cintas fijas a aquéllas cuyo emplazamiento no puede cambiarse. Las cintas móviles están provistas de ruedas u otros sistemas que permiten su fácil cambio de ubicación; generalmente se construyen con altura regulable, mediante un sistema que permite variar la inclinación de transporte a voluntad.
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Definiciones
•
Tensión en una correa es una fuerza actuando a lo largo de la cinta, tendiendo a elongarla. La tensión de la correa es medida en Newtons. Cuando una tensión es referida a una única sección de la cinta, es conocida como una tensión unitaria y es medida en Kilonewtons por metro (kN/m).
•
Torque es el resultado de una fuerza que produce rotación alrededor de un eje. El torque es el producto de una fuerza (o tensión) y de la extensión del brazo que se esté utilizando y es expresado en Newton por metro (N*m).
•
Energía y trabajo están relacionados muy cercanamente debido a que ambos son expresados en la misma unidad. El trabajo es el producto de una fuerza y la distancia a recorrer. La energía es la capacidad de ejecutar un trabajo. Cada uno es expresado en Joules, en el que un Joule equivale a un Newton-metro. La energía de un cuerpo en movimiento es medida en Joules.
•
La potencia es la relación entre la realización de un trabajo o transmisión de energía. La unidad mecánica de potencia es el watt, que es definido como un Newton-metro por segundo.
La potencia empleada en un periodo de tiempo produce trabajo, permitiendo su medición en kilowatt-hora.
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Consideraciones básicas de diseño
a)
Tensión.
Una cinta transportadora es simplemente un medio para llegar a un fin, un medio para el transporte de material desde un comienzo A, hasta un punto final B. Para efectuar el trabajo de mover material desde A hasta B, la correa requiere potencia que es proporcionada por un tambor motriz o una polea de conducción. El torque del motor transforma en fuerza tangencial, llamada también tensión efectiva, a la superficie de la polea de conducción. Éste es el “tirón” o tensión requerida por la correa para mover el material de A a B, y es la suma de lo siguiente:
•
La tensión debe vencer la fricción de la correa y de los componentes en contacto con ella.
•
La tensión debe vencer la fricción de la carga, y
•
La tensión debe aumentar o disminuir debido a los cambios de elevación.
28
b)
Flexibilidad.
Las figuras a y b, ilustran que la correa debe ser diseñada con una suficiente flexibilidad transversal en la zona de carga propiamente tal. Para una cinta transportadora vacía, la cinta debe hacer suficiente contacto con el centro de los rollos de los polines o no funcionará correctamente. En la figura a, la correa es demasiado tiesa para hacer contacto con el centro de los rollos y, por esto, se aumentan las posibilidades de causar daño considerable a los bordes de la cinta. En la figura b, el contacto es suficiente como para guiar la cinta a lo largo de los polines. Cuando el diseño de la cinta indica restricciones de carga, éstos deben ser respetados y chequeados, mediante sistemas que
eviten la sobrecarga, como lo sería una
carcaza protectora. Para cada material a transportar, existen valores referenciales establecidos de carga, así como métodos para el cálculo de éstos.
Figure a) Cinta tiesa, trabajo inapropiado.
Figure b) Cinta flexible, trabajo apropiado.
29
c)
Otras consideraciones.
La mayoría de los transportadores son relativamente simples en diseño y bajos en tensión. Sin embargo, como los transportadores han pasado a ser más extensos, más complejos y han aumentado su tensión, la investigación se torna primordial para poder obtener ventajas industriales, y ésta generalmente se realiza en uno o más de los siguientes puntos:
1. Aceleración y roturas, problemas de tensión. 2. Costo en tiempo y distancia. 3. Curvas verticales y terrenos irregulares. 4. Trough to flat transition distances. 5. Cambios de longitud. 6. Problemas en las dos poleas conductoras. 7. Múltiples perfiles de los transportadores. 8. Graduar el espacio entre polines.
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Definición y clasificación de los elementos de cintas transportadoras.
Transportador es un elemento o maquinaria de carácter preferentemente electromecánico, destinado a trasladar productos o materias primas entre dos o más puntos, alejados entre sí, ubicados generalmente, dentro de una misma planta elaboradora.
•
Uso de los transportadores.
Los principales usos de los transportadores se dan mayormente en la minería, construcción, industria alimenticia, industria motriz entre otros.
•
Tipos de transportadores.
Existen variados tipos de transportadores, y una variación de los mismos, pero los principales que podemos nombrar son:
•
Cinta transportadora.
•
Elevador de capachos.
•
Tornillo helicoidal.
Cinta Transportadora.
La cinta transportadora es un sistema de manejo de material sólido que utiliza una banda o correa como medio de transporte continuo, principalmente empleada en la industria y minería por su alta resistencia a la corrosión y abrasión, siendo de gran
31
utilidad en el manejo de materiales a granel que tienen formas comunes regulares e irregulares. Estas pueden adaptarse a diferentes condiciones geográficas y ambientales cubriendo grandes distancias en las que es necesario efectuar transporte de material, una de sus ventajas más importantes es la referente a los costos energéticos y operativos, los cuales se mantienen constantes o decrecen a medida que se incrementa la capacidad a transportar en comparación con otros sistemas de transporte mecánicos similares.
Tipos de Cintas Transportadoras.
Por su posición en el plano horizontal las bandas o cintas transportadoras se pueden clasificar en:
Horizontales: Esta banda transportadora tiene un ángulo de transporte (θ) igual a cero con respecto al plano horizontal, estas a su vez se subdividen en:
Planas: Son las cintas en las cuales el ángulo de inclinación de las estaciones de rodillos es igual a cero (τ=0), se utilizan para materiales a granel ligeros, medianamente abrasivos con deslizamiento uniforme sobre la cinta y con ángulo de sobrecarga (αs); tales como, rocas, fibras, cereales entre otros. En este tipo de banda no se pueden transportar grandes capacidades de carga y tampoco pueden trabajar con velocidades muy elevadas.
Ternas: Son las bandas cuyo ángulo de arreglo de las estaciones de rodillos es diferente a cero grados (τ≠0), por norma este ángulo puede ser de 20, 35 o 45 grados, se utilizan para cualquier tipo de material a granel o cuando se requiere aumentar la capacidad del transportador así como su velocidad y sección transversal.
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Inclinadas: Tiene un ángulo de transporte diferente de cero (θ≠0) con respecto al plano horizontal, para este tipo de banda los arreglos de las estaciones de rodillos tienen la forma de terna (τ≠0). Se utilizan en materiales a granel con ángulo de sobrecarga medio o bajo; tales como alúmina, cemento, cebada, cobre triturado, entre otros. Son generalmente usadas para grandes capacidades de carga (Q) y velocidades elevadas, de acuerdo a la trayectoria realizada por el transportador se dividen en:
Ascendentes: Se utilizan para descarga de materiales en puntos altos, entre los parámetros a considerar para lograr la máxima eficiencia de la banda se tiene; condiciones del relieve, dimensión y forma del material, velocidad de la banda y condiciones de parada y arranque del transportador.
Descendentes: Se utilizan para transportar material de un nivel alto a uno más bajo tomando como principio básico que en el punto de carga el material no deslice o ruede sobre la banda, el ángulo de inclinación viene dado por las características particulares del material. Debe tomarse en cuenta que la altura entre la carga y la descarga sea menor que 0,025 veces la longitud de la banda (H < 0,025L).
Mixtas: Es una combinación de cintas transportadoras horizontales e inclinadas en una forma continua en un espacio físico que no permita la utilización de un arreglo único, es utilizado generalmente en zonas de difícil geografía o accidentada superficie.
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Componentes de una Cinta Transportadora.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 6 Esquema de las partes de una Cinta Transportadora. 1. Motor. 2. Acople del motor-reductor. 3. Freno. 4. Reductor. 5. Anti retorno 6. Acople de reductor-polea. 7. Caja de Rodamientos. 8. Polea motriz. 9. Polea Tensora 10. Polea de Desvío. 11. Rodillo de Impacto.
34
12. Rodillo de Carga. 13. Rodillo do Retorno. 14. Rodillos Guías. 15. Sistema de Tensión por Contrapeso. 16. Sistema de Tornillo Tensor. 17. Censor o Control de Movimiento de la Cinta. 18. Censor o Control de apagado por desalineación. 19. Tensión de Peso por Gravedad. 20. Switch de parada do Emergencia. 21. Guaya de parada do Emergencia. 22. Switch de parada do Emergencia. 23. Banda o Correa Transportadora 24. Rodillo cepillo. 25. Rascador o Limpiador. 26. Protector de Polea en V. 27. Mesa de rodillos. 28. Soporte de Placa de Choque. 29. Placa do Choque. 30. Chute (salto) de Carga. 31. Estructura de Chute. 32. Laterales o Sellos de Polvo. 33. Posición de la banda en carga. 34. Posición de a banda en retorno.
35
Figura esquemática de los componentes de una cinta transportadora.
Componentes de una cinta transportadora
Definición de componentes pertenecientes a las cintas transportadoras:
•
Estructura soportante: la estructura soportante de una cinta transportadora está compuesta por perfiles tubulares o angulares, formando en algunos casos verdaderos puentes que se fijan a su vez, en soportes o torres estructurales apernadas o soldadas en una base sólida.
•
Sistema Motriz: el sistema compuesto por motor eléctrico, acople y reductor, es el más común usado en ferrominera Orinoco CA; su ventaja es que puede intervenirse fácilmente, ya que pueden cambiarse alguno de sus elementos por otros. En la figura Nº 5.2 se muestra un esquema de sistema motriz.
36
•
El Motor: Es el elemento que transforma la energía eléctrica en mecánica y es responsable de la entrega de esa energía al sistema.
•
El Reductor: Es el elemento receptor de la transmisión de energía desde el elemento motor hasta el elemento conducido o polea motriz. Su función se reduce al modificar las variables mecánicas tales como velocidad, fuerza y pares, es decir el reductor es el elemento del sistema motriz que realiza la transferencia adecuada de energía entre el motor y la polea motriz. El uso del reductor entre un motor y el equipo que realiza el trabajo mecánico se debe a que la velocidad de funcionamiento de los equipos son inferiores a las de los motores; por lo que el reductor cumple con la función de transformar una velocidad mayor en una menor, para poner el equipo en operación, con la menor perdida de energía.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 7 Esquema de Sistema Motriz.
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•
Acople o Acoplamiento: Es el elemento mecánico que se utiliza para formar una conexión entre dos ejes (motor-reductor y reductor-polea motriz), los tipos de acoples utilizados comúnmente en ferrominera Orinoco son los flexibles e hidráulicos.
•
Los Acoples Flexibles: Se han ideado para conectar ejes que están desalineados (lateral o angular). Un beneficio es la absorción de los choques debidos a las fluctuaciones del momento de torsión del eje producto de la desalineación.(desalineación mínima permitida). Se utilizan principalmente entre el eje del reductor y el eje de la polea motriz.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 8. Esquema Interno de Acople Flexible.
•
Los Acoples Hidráulicos: Se utilizan a menudo para grandes impulsos en combinación con los motores eléctricos. Proporciona una aceleración suave en las cargas del motor, evitando que se ahogue por la aplicación de la carga y que no haya transmisión de carga de choque ni de vibración torsional entre los ejes conectados, permitiendo un arranque suave a la cinta transportadora, permitiendo conservar y minimizar los esfuerzos en los empalmes. Su funcionamiento se basa en que no hay una conexión mecánica entre los dos ejes, siendo transmitida la potencia por la energía cinética del fluido actuante (aceite).
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Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 9 Esquema Interno de Acople Hidráulico en Operación.
•
Elementos deslizantes: son los elementos sobre los cuales se apoya la carga, ya sea en forma directa o indirecta, perteneciendo a estos los siguientes:
•
Correa o banda: la correa o banda, es el elemento principal o de mayor importancia por su funcionamiento en el sistema de transporte y su importancia económica, ya que se encuentra en continuo movimiento sobre los elementos móviles del equipo y soporta o absorbe diferentes cargas de trabajo, como lo son:
a) absorbe las fuerzas de tracción originadas por el sistema motriz en su movimiento. b) Transporta el material. c) absorbe las cargas mecánicas provenientes de la energía de impacto en los chutes de carga y del transporte del material. d) absorbe las cargas térmicas y químicas provenientes de la transportación del mineral. e) responde a las exigencias técnicas concernientes a la seguridad. (Inflamabilidad, antiestática, etc.)
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f) absorbe los problemas inherentes a descuadres estructurales y de poleas, deterioro de elementos auxiliares, acumulación de mineral en la estructura, que provocan desgaste y hasta un daño en la correa; la correa es una tira de caucho reforzada internamente por hilos de fibra sintética y en ciertos casos por mallas de alambres de acero; tendrá una gran variedad de características, y su elección dependerá en gran parte del material a transportar, velocidad, esfuerzo o tensión a la que sea sometida, capacidad de carga a transportar, etc. La siguiente figura muestra la composición de una correa transportadora.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A.
Figura Nº 10. Composición de una correa transportadora.
Especificación técnica de correas: 305EP315 ½ 3/32 30 Ancho de la correa en pulgadas. 5 Numero de Lonas. EP Material de las lonas: Nylon-Poliéster. 315 Resistencia Tensil Unitaria (lbs/pulg) o (N/mm). ½ Espesor del Recubrimiento superior. 3/32 Espesor del Recubrimiento Inferior.
40
•
Tambor motriz y de retorno: la función de los tambores es funcionar como poleas, las que se ubicaran en el comienzo y fin de la cinta transportadora, para su selección se tomarán en cuenta factores como: potencia, velocidad, ancho de banda, entre otros.
•
Poleas: Son tambores cilíndricos recubiertos por una goma especial que permite la adherencia y tracción con la banda transportadora. Sus características y dimensiones dependen de su uso en la instalación o diseño del equipo.
•
Tipos de poleas:
Polea Motriz: Esta polea se encuentra ubicada en uno de los extremos de la instalación de la cinta transportadora, ella se conecta con el sistema motriz y es la que trasmite la tracción necesaria para mover la cinta en el sistema. Para tipos de poleas ver figura Nº 5.7 Polea de Cola: Esta polea se encuentra ubicada en uno de los extremos de la instalación de la cinta transportadora, opuesta y paralela a la polea motriz, es una de las poleas principales ya que es un soporte principal de la cinta. Polea de Quiebre o Desvío: Esta polea tienen la función de desviar la trayectoria de la banda, esta ubicada comúnmente al retorno de la banda para dirigirla según la configuración del equipo. Polea de Tensión o Contrapeso: Esta polea esta ubicada en el sistema de tensión que usa el equipo, por contrapeso o gravedad (polea de contrapeso) o en el sistema tensor por tornillo (polea tensora), esta última coincide comúnmente con la polea de cola.
41
Fuente: CEMA Primera Edición 1997, Pagina 227. Figura Nº 11. Tipos de Poleas.
42
•
Elementos tensores: es el elemento que permitirá mantener la tensión en la correa o banda, asegurando el buen funcionamiento del sistema.
Sistema tensor: Todas las cintas transportadoras bien diseñadas requieren del uso del dispositivo tensor por la siguiente razón: 1) Para asegurar la tensión apropiada del lado flojo y en la polea motriz para prevenir resbalamiento de la banda. 2) Para asegurar la tensión apropiada de la correa en la carga de mineral y en otros puntos a lo largo del transportador, condición necesaria para prevenir la perdida de control o alineación de la correa sobre los rodillos, evitando así el derrame de mineral. 3) Absorber los cambios de longitud de la banda. 4) Permite contener correa de reserva para hacer empalmes o reparaciones. Tensores automáticos: Los tensores automáticos son los más deseables para el uso en cualquier cinta transportadora. Pueden ser instalados horizontalmente, verticalmente, o en una pendiente. Pueden ser de funcionamientos por gravedad o operados por energía, por medio hidráulico, eléctricos o neumáticos. El tipo común mente usado es el tensor por gravedad, también llamado contra peso. Tensor por tornillo: Los tensores de tornillos o también llamados manuales tienen las ventajas de ser compactos y debajo costo, fácil de maniobrar. Es de considerar que las tensiones en las correas en lo mejor de los casos resultan casi siempre demasiado altas o bajas. Por lo tanto se recomiendan los tensores manuales solamente donde no son practico s un tensor por gravedad debido a limitación es de espacio o en transportadores de correa relativamente corto, de poca potencia, donde las tensiones no son criticas.
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•
Puntos de transferencia: Los puntos de transferencia son aquellas zonas donde se cargan o descargan el mineral, el cual consta de varios elementos que permiten una carga efectiva, centrada y con baja perdida o derrame de mineral.
Los chutes en los puntos de transferencia tienen la siguiente misión: 1) Para alimentar la correa de recepción y dirigir su caída o trayectoria. 2) Para centralizar la carga material. 3) Para reducir al mínimo el impacto en la caída de mineral en la correa receptora. 4) Para proveer la corriente de material a una velocidad igual a la velocidad de la correa de recepción. 5) Para limpiar la correa y devolver el mineral al flujo material principal. 6) Para reducir al mínimo la generación de polvo.
•
Placas de Choque y Deflectores: Muchos puntos de transferencia, especialmente en la descarga requieren la instalación de una o más desviaciones o placas de impacto para dirigir el mineral en la dirección de la correa receptora. Estos dispositivos dirigen el flujo material permitiendo que el diseñador limite las dimensiones físicas del chute de carga a un tamaño que sea manejable físicamente y económicamente. El uso de las placas y deflectores ayuda a controlar el paso material y a absorber el impacto del mineral sobre las paredes o estructura del chute y de la correa receptora, reduciendo al mínimo el desgaste de esos elementos.
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Figura A
Figura B
Figura C
Figura D
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A.
Figura 12. A, B, C, D Diferentes Configuraciones de Placas de Impacto y Deflectores.
•
Laterales y Sellos de Polvo: Los laterales están instalados en el punto mas bajo del chute de carga, es una pletina de acero y goma, instalada con múltiples propósitos:
a) Proporciona una superficie fácilmente de reemplazar y protege las paredes del canal inclinado. b) Ayuda al centrado de la carga en la correa.
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c) Evita el derrame de mineral a causa de fuerzas laterales en la caída. d) Evita el derrame de mineral y sacar polvo lejos de la carga. Comúnmente se ejecuta una mala práctica al colocar una tira de goma solamente, que por su naturaleza flexible no puede controlar las fuerzas laterales. Estas fuerzas empujan la goma fuera de la canal de caída del mineral, desgastándolo y provocando derrame de mineral en los puntos de carga. Para evitar esto se colocan laterales de acero, instalados a una distancia que esta entre 3/8” cerca de la caja de cola y ¾” a 1” en la salida del mineral de la zona de carga. Esta configuración de laterales de acero o revestimiento y colocando la goma en paralelo y junto a este, en el lado externo de la carga donde no actúe como pared que soporte las fuerzas laterales, le dan una función de sello que evita que partículas de mineral y polvo escapen de la zona de carga donde hay turbulencia.
Figura A
Figura B
Fuerzas Laterales
Derrame del Mineral por Laterales.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A.
Figura 13. A, B . Laterales. •
Caja de cola: En los chutes de carga en la zona posterior comúnmente se coloca incorrectamente una goma, que en vez de sellar crea una serie de problemas. La turbulencia del material cuando se carga puede hacer que algunas partículas de mineral rueden o sean lanzadas hacia la cola del chute de carga. Si el sello a la entrada del chute es aplicado libremente, este escape de
46
material fuera de la parte posterior de la zona de carga va a parar sobre la mesa de rodillos o la polea. También puede actuar como un sistema de limpieza de la correa provocando que se acumule mineral en la zona trasera del chute de carga. Esto se soluciona colocando una caja de cola que bien diseñada evita la salida de mineral y el efecto de raspador, ya que la goma se coloca de tal forma que se desliza en la dirección del movimiento de la cinta.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A.
Figura Nº 14. Forma correcta de colocar una caja de cola y su sello de goma. •
Elementos de Limpieza y auxiliares: Para mantener los rodillos de retorno y las poleas principales limpias es necesario que la correa este limpia cuando inicie el recorrido de retorno. El método mas común para conseguirlo es utilizando elementos de limpieza, como:
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A.
Figura Nº 15. Esquema de Elementos de Limpieza.
47
1) Cepillos: Sistemas pre-limpiador son diseñados de un alabe completo, con secciones intercambiables de goma especial antifricción, que hace contacto con la correa en un punto central de la polea, permitiendo desprender el material impregnado en la misma. 2) Raspadores de goma: Sistemas de limpieza secundarios, estos pueden fabricarse con tiras de correa, colocadas entre dos barras de metal o madera sujetadas con tornillos. La goma debe sobresalir al ancho de la barra en una distancia equivalente al doble de su espesor y el mecanismo debe soportarse con un contrapeso para poderle dar cierta presión contra la correa. Reemplace la goma cuando se desgaste hasta llegar muy cerca de la barra metálica.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 16. Raspador de goma.
3) Protector de Polea: La única limpieza que se requiere en la cubierta inferior de la correa consiste en remover material, principalmente trozos que puedan caer o rebotar dentro del recorrido de retorno y puede introducirse repentinamente entre la correa y la polea de cola si no se remueve. Para este propósito se usan desviadores de goma dispuestos
48
inmediatamente al frente de la polea en el retorno. Usualmente se asientan sobre la correa sin presión adicional a su peso y formando un ángulo con respecto al recorrido de la correa.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 17. Protectores de poleas en V y Diagonal.
4) Mesa de impacto: Es un elemento auxiliar ya que permite sustituir los rodillos de impacto en la zona de carga de la correa, en situaciones donde los rodillos se dañan continuamente por el impacto del material transportado. Esta conformada por una mesa en la cual se encuentran una serie de barras especiales de material antifricción que resisten y absorben el impacto en la zona de carga.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 18. Mesa de Impacto.
49
5) Cortinas de Polvo: Es un elemento que permite retener el polvo en suspensión originado por la turbulencia en la caída de mineral en la zona de carga o chute de carga, esta consiste en una cortina de goma o cuero colocado en una estructura de confinamiento en la salida del chute de carga, permitiendo evitar la salida del polvo en suspensión a los alrededores del transportador en dicha zona.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 19. Ubicación de Cortinas de Polvo.
6) Control de Polvo por Aspersión de Agua: En lugares donde el polvo en suspensión es alto o por su grado de contaminación, hace necesario colocar un sistema de aspersión de agua a través de boquillas especiales los cuales producen en roció de agua que hace que el polvo en suspensión precipite nuevamente en la corriente de mineral sobre la banda.
50
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 20. Boquillas de aspersión de agua en la salida del chute de carga.
•
Definición y Selección de las Estaciones de Rodillos.
Estación de Rodillos de carga: el rodillo de carga de mayor utilización es el de tres rodillos de un mismo largo, con una inclinación de rodillos usualmente de 20º, 35º, o 45º. Al mismo tiempo, los rodillos de 20º son los más utilizados en la mayoría de los casos, con los rodillos de 35º y 45º, usualmente son utilizados sólo con granos y materiales livianos. Sin embargo, más recientemente los rodillos de ángulos mayores, especialmente los de 35º, están siendo utilizados con mayor frecuencia en diferentes aplicaciones dentro de las industrias. Las dos principales razones para el uso de los rodillos de ángulos mayores (35º y 45º) son para obtener una mayor capacidad de transporte y mayor control sobre el derrame de material, especialmente en inclinaciones. Generalmente en la construcción de cintas transportadoras se selecciona el rodillo de menor ángulo debido a que se proporciona mayor manejo sobre el material con un mínimo control de derrame de éste; sin embargo, esto va a depender de las características del material a transportar.
51
La siguiente figura muestra un rodillo de carga estándar, que permite la selección de éste conociendo sus dimensiones, sin duda alguna la selección del rodillo deseado se podrá realizar con cualquier catálogo de rodillos que entregue los datos técnicos necesarios para ello.
Fuente: www.cintastransportadoras.com Figura Nº 21. Estación de Rodillo de carga.
Tabla Nº 1 Modelo para seleccionar estaciones de rodillos mediante catálogos. MODELO ANCHO
A
DIÁMETRO
B
C
D
G H PESO
CORREA RODILLO
(KG)
Estación de Rodillos de impacto: los rodillos de impacto se encuentran en variados modelos, y su diseño está adaptado para el impacto que se produce en la recepción del material, su ángulo de inclinación será el mismo del rodillo de carga, permitiendo una uniformidad en el transporte.
52
La siguiente figura muestra al igual que la anterior los datos técnicos necesarios para
la selección del rodillo de impacto.
Fuente: www.cintastransportadoras.com Figura Nº 22. Estación de Rodillo de Impacto.
Estación de Rodillos de retorno: los rodillos de retorno como su nombre lo indica, permiten el retorno de la banda mediante el apoyo de ésta. La siguiente figura muestra al igual que las anteriores los datos técnicos necesarios para la selección del rodillo de retorno.
Fuente: www.cintastransportadoras.com Figura Nº 23. Estación de Rodillo de Retorno.
53
Estación de Rodillos Autoalineantes: Hay condiciones transitorias que pueden hacer que las bandas transportadoras se desalineen a pesar de todos los esfuerzos de asegurar una buena instalación y hacer un mantenimiento adecuado, por esta razón los fabricantes de cintas transportadoras equipan estaciones de rodillos especiales que mantengan centrada la banda en las estaciones. Las estaciones autoalineantes tienen un marco o estructura que soporta los rodillos, el cual esta montado sobre un pivote central, que a su vez esta montado sobre una base en la estructura en la mesa de rodillos. Su funcionamiento consiste en que al momento cuando la banda se desalinea hace contacto con uno de los rodillos censores dispuestos a los lados de la estación de rodillos a través de unos brazos o flejes metálicos que sostiene dichos rodillos censores, el cual genera una fuerza que desplaza o rota la estación sobre su pivote provocando que la cinta se desplace hacia el lado del rodillo de carga donde hace primero contacto, provocando la alineación de la cinta. Estos sistemas son llamados también sistemas inteligentes de alineación.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 24. Estación de Rodillos Autoalineante.
54
Rodillos Guías: Son rodillos fijos colocados cerca de la polea de cola o motriz para mantener la banda centrada, estos rodillos fijos perpendiculares al lado de los bordes de la banda transportadora no se recomiendan porque el contacto continuo con el borde da la banda transportadora acelera el desgaste de la correa, reduciendo su vida útil.
Fuente: Manual del Taller de Alineación de Cintas Transportadoras de C.V.G. Ferrominera Orinoco C.A. Figura Nº 25. Estación de Rodillos Guías.
55
•
Determinación de la distancia entre Rodillos.
Para la determinación de la distancia entre rodillos, se utilizará la siguiente tabla la cual nos entrega el espacio recomendado entre rodillos de: Tabla Nº 2. Espacio sugerido entre Rodillos de Carga y de Retorno (pies).
ANCHO
PESO DEL MATERIAL EN
DE BANDA
RODILLOS DE
3
LB/PIE 35
50
75
RETORNO
100
150
200
PLG. 18
5.5
5.0
5.0
5.0
4.5
4.5
10
24
5.0
4.5
4.5
4.0
4.0
4.0
10
30
5.0
4.5
4.5
4.0
4.0
4.0
10
36
5.0
4.5
4.0
4.0
3.5
3.5
10
42
4.5
4.5
4.0
3.5
3.0
3.0
10
48
4.5
4.0
4.0
3.5
3.0
3.0
10
54
4.5
4.0
3.5
3.5
3.0
3.0
10
60
4.0
4.0
3.5
3.0
3.0
3.0
10
72
4.0
3.5
3.5
3.0
2.5
2.5
8
84
3.5
3.5
3.0
2.5
2.5
2.0
8
96
3.5
3.5
3.0
2.5
2.0
2.0
8
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 64. Cabe destacar que la distancia sugerida entre rodillos puede variar dependiendo del criterio del diseñador.
56
•
Funcionamiento de rodillo transportador:
El sistema de rodillos funciona por medio de un motor de rotación; el cual por a través de cadenas, cintas u otro elemento transfiere esta energía a los diferentes rodillos, lo cual hace que el sistema opere de una manera eficiente haciendo rodar todos los rodillos a una misma revolución, lo cual hará giran a una misma velocidad todos los rodillos. Partes de un rodillo transportador:
•
Determinación de la Altura a Transportar el Material.
Para la determinación de la altura, dato necesario para el cálculo de la potencia motriz, sólo se debe aplicar trigonometría básica, siendo el resultado de ésta el valor a utilizar. Para aquellos casos en que la cinta tenga una inclinación de 0º o inferior, éste valor deberá ser omitido.
57
CÁLCULOS GENERALES DE UNA CINTA TRANSPORTADORA. •
Cubicación del Material.
Fuente: www.Fundamentosdeldiseñodecintas.htm Figura Nº 27. Holgura de la Banda.
•
Cálculo de la Holgura de la Banda.
La holgura de la banda se ubica en los costados de la banda (en figura Nº 5.19 aparece como D=C), ésta permite tener un margen de espacio utilizado para impedir que el material a transportar rebalse.
c = 0.055b + 0.9 5
(5.1)
Siendo: 9
= holgura de la banda (plg.)
9 b = ancho de la banda (plg.)
58
•
Cálculo del Área de Carga de la Banda.
El ancho plano de la banda es donde se ubicará el material al ser transportado.
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 49 Fig.4.2 Figura Nº 28. Área de Carga de la Banda.
•
Área Trapezoidal (AECFG) ⎛ l + l1 ⎞ Ab = ⎜ ⎟j ⎝ 2 ⎠
(5.2)
Donde:
l1 = l + 2 f l = 0.371b + 0.25 m = 0.2595b − 1.025 f = m cos β j = msenβ
59
Siendo:
b = ancho de la banda[ pu lg].
β = angulo de inclinacion de los rodillos. α = angulo de sobrec arg a. •
Área del segmento circular (Sobrecarga) sen 2α ⎞ ⎛ πα As = r 2 ⎜ − ⎟ 2 ⎠ ⎝ 180 º
(5.3)
Donde: r=
0.5l1 senα
Atotal =
•
[
Ab + As pies 2 144
]
(5.4)
Cálculo del área en la parte plana de la Banda.
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 51 Fig.4.3 Figura 29. Área del lado Plano de la Banda.
60
•
Área sector (ABCE) sen 2α ⎞ ⎛ πα As = r 2 ⎜ − ⎟ 2 ⎠ ⎝ 180 º
(5.5)
Donde: r=
l1 2senα
l1 = b − 2c c = 0.055b + 0.9 Atotal =
•
QD =
[
As pies 2 144
]
(5.6)
Cálculo de la capacidad de diseño en toneladas cortas:
Q TM
H = TC H TC 0.907 H
QD = TC
H
(5.7)
(Toneladas Cortas )
61
• VB =
Cálculo de la Velocidad de la Banda:
π × n × Dpm ⎡ pies ⎤
(5.8)
⎢ min ⎥ ⎣ ⎦
12
Donde : Dpm = pu lg diametro de la polea motriz n=
RPM (motor ) Ratio(reductor )
(5.9)
π = 3.14159 rad . •
Wm =
•
Cálculo del Peso del Material a Transportar.
33.3 × QD VB
⎡ lbs ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ pie ⎦
(5.10)
Cálculo del Peso de la Banda (Pb):
Pb = Pc + Pr sup + Pr inf¨⎡kg 2 ⎤ ⎢⎣ m ⎥⎦ (5.11) donde : Pc = peso de la carcaza. Pr sup = peso de la recubrimiento sup erior. Pr inf = peso de la recubrimiento inf erior.
Pb = Pc + Pr sup + Pr inf¨⎡kg 2 ⎤ ⎢⎣ m ⎥⎦
62
•
Peso por metro lineal (Wb):
Wb = Pbxb[lbs / pie] (5.12)
donde : b = ancho de la banda[ pu lg .] •
hp =
Cálculo de los requerimientos Básicos de Potencia.
TexVb 33.000
(5.13)
donde : Te = tension Efectiva. Vb = velocidad de la Banda.
•
Cálculo de la Tensión Efectiva (Te):
La Tensión efectiva es la tensión creada sobre la banda con carga cuando es aplicada al sistema suficiente potencia por el motor para mover la banda a una determinada velocidad. Te = L * Kt ( Kx + Ky * Wb + 0.015 * Wb ) + Wm ( L * Ky ± H ) + Tp + Tam + Tac
Ecu. (5.14)
63
Donde: Wb= Peso de la banda (lbs/pies). Wm= Peso del material a transportar (lbs/pies). L= Longitud de la banda (pies). H= Elevación del transportador (pies). Kt= Factor de corrección de temperatura (ºF). Ver Apéndice Nº 2. Ky= Factor de combinación de la resistencia para mover la banda y la flexión de la banda debido a la carga deslizando sobre los rodillos. Ver Apéndice Nº 3. 9 Cálculo de Kx:
Factor de resistencia por fricción entre los rodillos y la banda.
Kx = 0.00068(Wb + Wm) +
Ai Si
(5.15)
Donde: Si= espacio entre rodillos (pies). Ai= según las especificaciones de los rodillos.
64
Tabla Nº 3. Valores de Ai
Valores de Ai Ai
Descripción
1.5
Para rodillos de 6” diámetro, CEMA C6, D6
1.8
Para rodillos de 5” diámetro, CEMA B5,C5, D5
2.3
Para rodillos de 4” diámetro, CEMA B4, C4
2.4
Para rodillos de 7” diámetro, CEMA E7
2.8
Para rodillos de 6” diámetro, CEMA E6
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 91.
9 Cálculo de Tp:
Tensión resultante combinada por la resistencia de la banda a flexionar sobre las poleas y la resistencia de las poleas a rotar sobre ellas conectadas (lbs). Tp= (lbs*)x Nº de poleas.
Para (lbs*) Ver Apéndice Nº 4
Tp = T ⋅ N o
(5.16)
65
9 Cálculo de Tam:
Tensión resultante por la fuerza necesaria para acelerar el material continuamente hasta caer completamente sobre la banda (lbs).
Tam =
2.87 * QD (Vb 2 − Vm ) Vb * 10.000
(5.17)
Donde: Vb= Velocidad de la banda (pies/min). Vm= Velocidad del material (pies/min). QD=Capacidad de diseño (Ton/hr).
9 Cálculo de Tac:
Tensión total por los accesorios del transportador (lbs). Tac = Tsb+Tbc
(5.18)
66
9 Cálculo de Tsb:
Tensión resultante de la fuerza necesaria para vencer la fricción del skirtboard (lbs).
(
Tsb = Lb Cs * hs 2 + 6
Cs =
)
(5.19)
2dm ⎛ 1 − senφ ⎞ ⎜ ⎟ 288 ⎜⎝ 1 + senφ ⎟⎠
(5.20)
donde :
φ = angulo de reposo del material.
[
]
dm = densidad del material lbs / pies 3 . hs = profundidad del material tocando el skirtboard . Lb = longitud
del
skirtboard .
9 Cálculo de Tbc:
Tensión resultante de pasar la banda a través de los rodillos limpiadores (lbs). Tbc= (x)*b ; (x) Ver Apéndice Nº 5.
(5.21)
Tbc = Lbs ⋅ b Tac = Tbs + Tbc
(5.22)
67
9 Cálculo de Tb:
Tensión resultante por la fuerza necesaria de elevar o bajar la banda (lbs).
Tb = ± H * Wb
(5.23)
9 Cálculo de Tm:
Tensión resultante por la fuerza necesaria para elevar o bajar el material transportado (lbs).
Tm = ± H * Wm
(5.24)
9 Cálculo de Tx:
Tensión resultante de la resistencia a la fricción de la banda entre los rodillos de retorno (lbs).
Tx = L ⋅ Kx ⋅ KT
(5.25)
9 Cálculo de Tym:
Tensión resultante de la resistencia por el material hasta flexionar a medida que se ajusta con la banda sobre los rodillos (lbs). Tym = L ⋅ Ky ⋅ Wm
(5.26)
68
9 Cálculo de Tyb:
Total de tensiones resultantes de la resistencia de la banda a flexionar mientras se ajusta sobre los rodillos de retorno (lbs). Tyb = Tyc + Tyr
(5.27)
9 Cálculo de Tyc:
Tensión resultante de la resistencia de la banda hasta flexionar a medida que se ajusta sobre los rodillos (lbs). Tyc = L ⋅ Ky ⋅ Wb ⋅ Kt
(5.28)
9 Cálculo de Tyr:
Tensión resultante por la resistencia de la banda hasta flexionar a medida que se ajusta a los rodillos de retorno (lbs). Tyr = L ⋅ 0.015 ⋅ Wb ⋅ Kt
(5.29)
Tyb = Tyc + Tyr
(5.30)
69
•
Calculo de Potencia Efectiva.
El cálculo realizado anteriormente, (potencia motriz necesaria), nos permitió realizar la selección del motor que vamos a utilizar, éste motor nos entregará una potencia diferente a la obtenida por cálculo (generalmente mayor), por esto se debemos calcular la potencia efectiva de éste motor dada por la siguiente fórmula. Pefectiva = Pm ÷ η
(5.31)
Siendo: Pefectiva = potencia efectiva. (HP)
Pm = potencia entregada por el motor. (HP) η= rendimiento (94% = 0.94) Ver Apéndice Nº 6. •
i=
Cálculo de la Relación de Reducción.
rpm(entrada ) rpm(salida )
(5.32)
Siendo: i = relación de reducción.
rpm(entrada) = revoluciones por minuto de entrada. rpm(salida) = revoluciones por minuto de salida.
70
•
Cálculo de las Tensiones Máxima y Mínimas en la Banda T1 y T2.
T1= Tensión lado tenso o lado de carga (lbs). T1 = Te + T2 ⎫ ⎪ T1 = Tmax ⎪ T2 = CwxTe ⎪⎪ ⎬Segun la configuracion del transportador.. T2 = To + Tb - Tyr ⎪ Tt = To = Tmin ⎪ ⎪ ⎪⎭ Ecuaciones: (5.33), (5.34), (5.35), (5.36), (5.37) respectivamente Usar el valor mayor de T2 Donde: Cw = factor de envoltura. Ver Apéndice Nº 7.
T1 = Te + T2 To= Mínima Tensión Permisible según el % sag. Ver Apéndice Nº 8. Para 3% sag
To = 4.2 ⋅ Si ⋅ (Wb + Wm ) (5.38)
Para 2% sag
To = 6.25 ⋅ Si ⋅ (Wb + Wm ) (5.39)
Para 1% sag
To = 8.4 ⋅ Si ⋅ (Wb + Wm )
71
(5.40)
•
Tu =
Cálculo de la Tensión Unitaria. T1 ; [PIW ] b
(5.41) (5.42)
1PIW
•
Equivale a 0.176 N / mm
Cálculo de los Diámetros Mínimos del Tambor de Accionamiento (Motriz) y Tambor de Cola.
El Diámetro de las poleas motriz y de cola, se calculan en función del porcentaje de la tensión máxima que estas soportan. El resultado obtenido por cálculo puede ser comparado con los diámetros recomendados en diferentes catálogos de cintas, que según las especificaciones antes obtenidas permiten una selección con mayor rapidez, lo ideal es que ambos datos (catálogo y calculado), se aproximen en su valor.
Para realizar el cálculo es necesario obtener primeramente los siguientes datos, ver figura Nº 5.23 que serán calculados en los siguientes pasos: R D
A
F
BC
Figura Nº 30. Elementos del Tambor o Polea.
72
Donde: F = Ancho de cara del tambor (pulg). R = Carga Resultante (lbs). D = Diámetro del eje (pulg). BC = Relación de centros (pulg). A = Brazo de la polea (pulg).
Paso Nº 1. Cálculo del ancho de Poleas.
F= b+2” si el valor de b=42” o por debajo.
(5.55)
F= b+3” si el valor de b>42”.
(5.56)
Donde: F= ancho de cara de polea (pulg). b= ancho de banda (pulg). Nota: las relaciones para el cálculo de “F“están determinadas por el Apéndice Nº 18.
Paso Nº 2. Determinación de la relación de centro menos la dimensión de la cara.
BCMF = BC – F; (pulg).
(5.58)
Donde: BC = Relación de centros (pulg).
73
Paso Nº 3. Calculo de las libras por pulgadas del ancho de la banda (PIW).
Siendo PIW = Tensión máxima de trabajo. 9 En la Polea Motriz (Conductora):
PIW = T1 ÷ b
(5.59)
Donde: T1 = Tensión en el lado de carga (lbs). 9 En la Polea de Cola (No Conducida):
PIW = T2 ÷ b
(5.60)
Donde: T2 = Tensión en el lado de retorno (lbs).
Paso Nº 4. Determinación del diámetro mínimo de polea. 9 En la Polea Motriz (Conductora):
Con el valor de tensión PIW obtenido anteriormente, el arco de contacto α (Ver Apéndice Nº 7) se determina el diámetro mínimo de la polea motriz usando la tabla del Apéndice Nº 9.
74
9 En la Polea de Cola (No Conducida):
Con el valor de tensión PIW obtenido anteriormente y usando la tabla del Apéndice Nº 10 se determina el diámetro mínimo de la polea de cola.
Paso Nº 5. Determinación de la Carga Resultante. 9 En la Polea Motriz (Conductora):
R = (T1 + T2) x Sen(α/2); (lbs).
(5.60)
9 En la Polea de Cola (No Conducida):
R = 2 x T2 x Sen(α/2) (lbs).
(5.61)
Paso Nº 6. Determinación del diámetro de los ejes de las Poleas. 9 En la Polea Motriz (Conductora):
Con los valores de ancho de cara F, relación de centro menos ancho de cara BCMF y el valor de la carga resultante R usando la tabla correspondiente, se obtiene el valor del diámetro del eje D en pulg.
75
9 En la Polea de Cola (No Conducida):
Con los valores de ancho de cara F, relación de centro menos ancho de cara BCMF y el valor de la carga resultante R usando las tablas correspondientes, se obtiene el valor del diámetro del eje D en pulg.
En el caso de la polea conductora se debe verificar el valor de D obtenido por la tabla con el resultado de la siguiente formula:
Dr = 3
16 x ( KbxAxR ÷ 2) 2 + ((T 1 − T 2) xD ÷ 2) 2 πxs
Donde: T1 = Tensión en el lado de carga (lbs). T2 = Tensión en el lado de retorno (lbs). R= carga resultante (lbs). D= diámetro de la polea (pulg). S=8000 psi (ctte). Kb= 1.5 (ctte). A= Valores según la tabla. Usando N=BCMF/2
76
(6.62)
CAPITULO IV MARCO METODOLÓGICO En el presente capítulo se exponen los aspectos referidos al diseño metodológico utilizado para el desarrollo del estudio del problema planteado, por tanto se indica el tipo de estudio que se desarrolla, el tipo de muestra, los instrumentos empleados para la recolección de datos y el procedimiento a seguir para la realización de los objetivos propuestos.
Tipo de investigación
Esta investigación representa principalmente un estudio de conocimiento Proyectivo, debido a que permitirá a través de su desarrollo, analizar, calcular y plantear una propuesta de optimización y mejora del sistema de transportación del mineral de hierro en la empresa Ferrominera Orinoco C.A.
De igual forma se puede decir que es una investigación Documental y de Campo; ya que se recopiló información de todo lo concerniente al tema, de manuales de fabricantes, informes, etc. y la información más relevante para elaborar el instructivo, como lo son las medidas y demás datos de cintas transportadoras que se tomaron en el lugar de trabajo.
Finalmente se puede decir que ésta investigación es Aplicada, ya que se formulan recomendaciones que permitan lograr el objetivo de la investigación, logrando así la elaboración de los planos que permitan documentar el Diseño de las cintas.
77
Población y muestra
Población o universo es cualquier conjunto de unidades o elementos como personas, municipios, empresas, etc., claramente definidas para el que se calculan las estimaciones o se busca la información. Deben estar definidos las unidades, su contenido y extensión. En este caso, el Universo de Estudio está compuesto por las diferentes cintas transportadoras como principal sistema de transportación del mineral de hierro de C.V.G Ferrominera Orinoco C.A.
La muestra está entre el individuo y la población (aunque en ciertos casos una muestra puede estar constituida por un solo individuo) la muestra debe ser representativa de la población. De igual manera en esta investigación la muestra está definida como el conjunto de todas las cintas transportadoras como principal sistema de transportación del mineral de hierro de C.V.G Ferrominera Orinoco C.A, en el lapso en el cual se llevo a cabo este proyecto.
Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Existe gran variedad de métodos para diseñar un plan de recolección de datos. Tales métodos varían de acuerdo con cuatro dimensiones importantes: estructura, confiabilidad, injerencia del investigador y objetividad.
Con la finalidad de resolver los objetivos planteados al comienzo de ésta investigación se determina que los métodos y técnicas de recolección de datos a utilizar son: la investigación documental en los textos especializados en la materia de estudio, la revisión de información disponible en la Red con relación al tema de investigación y la entrevista con las diferentes personas que dominan el área del trabajo seleccionado.
78
Entrevistas
Esta consistió en entrevistas con preguntas estructuradas y no estructuradas dirigidas al personal del Departamento de Procesamiento Mineral de Hierro (P.M.H) y personal de Taller de Cintas de C.V.G Ferrominera Orinoco C.A, a través de las cuales se logró obtener información precisa y detallada acerca de cintas transportadoras.
Instrumentos
Los instrumentos requeridos para la realización de este trabajo son: •
El software AutoCAD, el cual es un programa de diseño asistido por ordenador (CAD).
•
Equipo de seguridad e instrumentos de medición (cinta métrica) para la recolección de medidas.
•
La cámara digital como instrumento captador de imágenes, se utilizó para fotografiar los sitios especifico del área donde se realizara el diseño de nuevas cintas transportadoras y reubicación de una cinta ya diseñada.
•
Recursos Bibliográficos (ver bibliografía).
•
Recursos de Software: uso de un programa editor de texto (Microsoft Word 2003) para la elaboración del informe y manejador de tablas, el programa editor de imágenes y gráficos (Adobe Photoshop 7.0), y el navegador de Internet (Microsoft Internet Explorer) para la búsqueda de información a través de la red.
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Procedimientos
Se puede definir el diseño de la investigación como el: "Conjunto de decisiones, pasos, esquemas y actividades a realizar en el curso de la investigación." (Cerda, 1991, p.157).
En función de lo anterior se describirán los pasos a seguir dentro del proceso de investigación.
1. Búsqueda de información referente a cintas transportadoras, funcionamiento, partes que lo conforman, estructura.
2. Revisión del contenido de cada uno de los documentos, manuales y escritos encontrados, seleccionando los datos de interés para el diseño de la investigación.
3. Ya en el campo de trabajo se procede a tomar las medidas necesarias para el diseño de las dos cintas transportadoras.
4. Se procede a realizar todos los cálculos necesarios para el diseño de las cintas transportadoras.
5. Se elaboraron los planos de las cintas transportadoras.
6. Se elaboró el informe con los resultados. Este contiene el proceso de de diseño de las dos cintas transportadoras y sus respectivos planos.
80
Tabulación y análisis de datos
Dentro de los procedimientos a emplearse en ésta investigación para analizar los datos se tiene: •
Recopilación y análisis de la literatura y/o fuentes documentales o electrónicas relacionados con el diseño de cintas transportadoras, la cual se va utilizar para la realización de la propuesta.
•
Sustentación a través de la memoria de cálculos para la aplicación de la propuesta de proyecto.
•
Realización de la estandarización de los elementos que componen las cintas transportadoras tratadas en el proyecto
•
Selección de equipos con apoyo de cálculos y catálogos de proveedores.
81
RESULTADOS CINTA Nº 1 Peso especifico: 2,3 ton/m3 = 2300 kg/m3 = 143,59 lb/ft3 Granulometría: 4 pulg. Temperatura: ambiente Capacidad Nominal: 3250 ton/hr Capacidad Real: 2600 ton/hr Longitud de la cinta: 55 m = 180,45 ft Ancho de la cinta: 48 pulg. Velocidad de la cinta: 232 m/min = 761,192 ft/min Nivel de inclinación de la cinta: 12º
Cálculos basados en la Capacidad de Diseño: •
Capacidad de Diseño: Qd = 3250 Ton/hr
En toneladas cortas tenemos: Qd = 3250 Ton/hr x 1/0.907 = 3583,25 Tc/hr Qd = 3583,25 Tc/hr
82
•
Peso del material transportado (Wm) [lb/ft]: Wm = 33,3 x Qd/V
Donde; Qd = capacidad de diseño para el transporte de mineral, en toneladas cortas. (Tc/hr) V = velocidad de la banda transportada (ft/min)
Wm = 33,3 x 3583,25 Tc/hr = 156,76 lbs/ft 761,192 ft/min
Wm = 156,76 lbs/ft
•
Peso de la correa (Wb) [ lb/ft]:
Cinta de 5 lonas Ancho (b) = 48 pulg. Peso (Wb) = 14 kg/ft (Según taller de correas de Ferrominera Orinoco C.A)
Wb = 14 kg/ft x 2,2046 = 30,87 lb/ft 1 kg
Wb = 30,87 lb/ft
83
•
Factor (Ky)
Factor que tiene en cuenta la resistencia de la flexión de la correa y la carga sobre los rodillos. Según el CEMA, Pág. 82, el factor Ky para este caso es de 0.016
•
Factor (Kx):
Factor de resistencia friccional del movimiento entre los rodillos de carga y la cinta transportadora. Este factor se determina por la siguiente formula: Kx = 0.00068 (Wb + Wm) + ai/si Donde; si = Distancia entre rodillos = 3 ft ai = 1,5 para rodillos de 6 pulgadas de diámetro. Pág. 81 del CEMA Kx = 0.00068 x (30,87 lbs/ft + 180,45 lbs/ft) + 1.5/3 ft = 0,64 Kx = 0.64 •
Factor (Kt):
Factor de corrección del medio ambiente al cual esta operando la cinta. Según la figura 6.1 del CEMA, pagina 80, (Anexo Nº 1), el factor Kt = 1
84
Cálculos de las tensiones: •
Tensión Mínima (To): To = 6,25 x si x (Wb + Wm) Donde; si = distancia entre rodillos (3 ft) Wb = peso de la correa (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material (156,76 lbs/ft) To = 6,25 x 3 ft x (30,87 lbs/ft + 156,76 lbs/ft) To = 3518,07 lbs
•
Tensión debido al peso del material y la correa, lado de carga (Twc): Twc = H (Wb + Wm)
Donde; H = distancia vertical entre polea de cola y polea de cabeza o descarga (22,96 ft) Wb = peso de la banda (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material (156,76 lbs/ft) Twc = 22,96 ft (30,87 lbs/ft + 156,76 lbs/ft) = 4307,98 lbs Twc = 4307,98 lbs
85
•
Tensión debido a la fricción, lado de carga (Tfc): Tfc = L [Kt (Kx + Ky.Wb)] + L.Ky.Wm Donde; L = longitud de la banda transportadora (180,45 ft) Kt = 1 Kx = 0,64 Kx = 0,016 Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material transportado (156,76 lbs/ft) Tfc = 180,45 ft [1(0,64 + 0,016 x 30,87 lbs/ft)] + 180,45 x 0,016 x 156,76 lbs/ft Tfc = 657,22 lbs
•
Tensión del lado retorno debido al peso de la correa (Twr): Twr = H x Wb
Donde; H = Distancia vertical entre polea de cola y polea de cabeza o descarga (22,96 ft) Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Twr = 22,96 ft x 30,87 lbs/ft Twr = 708,77 lbs
86
•
Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (Tfr):
Tfr = 0,015 x L x Wb x Kt Donde; L = longitud de la banda transportadora (180,45 ft) Kt = 1 Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Tfr = 0,015 x 180,45 ft x 30,87 lbs/ft x 1 Tfr = 83,56 lbs •
Tensión en el lado de la carga (Tc): Tc = To + Twc + Tfc
Donde; To = Tensión mínima (3518,07 lbs) Twc = Tensión debido al peso del material y la correa, lado de carga (4307,98 lbs) Tfc = Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (657,22 lbs) Tc = 3518,07 lbs + 4307,98 lbs + 657,22 lbs = 8483,27 lbs Tc = 8483,27 lbs
87
•
Tensión en el lado del retorno (Tr): Tr = To + Twr ± Tfr
Donde; To = Tensión mínima (3518,07 lbs) Twr = Tensión del lado retorno debido al peso de la correa (708,77 lbs) Tfr = Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (83,56 lbs) Tr = 3518,07 lbs + 708,77 lbs - 83,56 lbs = 4143,28 lbs Tr = 4143,28 lbs Nota: la tensión en le lado del retorno debido a la fricción de la correa (Tfr), en este caso es negativa, ya que es una correa ascendente. •
Tensión debido a la fricción de las poleas (Tfp):
Según las normas de la CEMA, Pág. 87, Tabla 6.5, las tensiones generadas por las poleas son las siguientes: Localización de las
Angulo de arrope de la
Libras de tensión
Poleas
banda a la polea
generadas por polea
Lado firme
150º a 240º
200
Lado flojo
150º a 240º
150
Todas las otras poleas
Menos de 150º
100
Tabla Nº 4. Tensiones generadas por las poleas
88
En el caso de la banda Nº 1 se tiene las siguientes poleas Polea de amarre: 200 lbs Polea de retorno: 150 x 1 = 150 lbs Polea de quiebre y contrapeso: 0 lbs Tfp = Σ Tensiones generadas por las poleas Tfp = 200 lbs + 150 lbs = 350 lbs Tfp = 350 lbs Nota: la fricción generada por la polea motriz no afecta la tensión de la cinta, sin embargo esta debe ser incluida cuando se determina la potencia requerida en el eje del motor (CEMA Pág. 87) •
Tensión debido a las cortinas delantales y limpiadores (Tfz):
Las cortinas delantales son laterales de goma que se colocan en la zona de carga del material a la banda para evitar su derrame. Tfz = 4 Lz + (2B) N Donde; Lz = longitud de las cortinas delantales (0 ft) B = Ancho de la correa (48 pulgadas) N = Número de Limpiadores (2) Tfz = (2x48) 2 = 192 lbs Tfz = 192 lbs
89
•
Tensión Máxima (T1): T1 = Tc + Tfz + Tfp
Donde; Tc = Tensión en el lado de carga (8483,27 lbs) Tfz = Tensión debido a las cortinas delantales y limpiadores (192 lbs) Tfp = Tensión debido a la fricción de las poleas (350 lbs) T1 = 8483,27 lbs + 192 lbs + 350 lbs = 9025,27 lbs T1 = 9025,27 lbs
•
Tensión en el lado flojo ( T2):
Donde; T2 = Tr = tensión en el lado del retorno T2 = Tr = 4143,28 lbs T2 = 4143,28 lbs •
Tensión efectiva (Te): Te = T1 – T2 Te = 9025,27 lbs – 4143,28 lbs = lbs Te = 4881,99 lbs
90
•
Cálculo de potencia requerida en el tambor motriz (Pt):
Se obtiene por: Pt = (Te + Tpm) x V 33000 Donde; Te = tensión efectiva (4881,99 lbs) Tpm = tensión por fricción de la polea motriz (200 lbs) V = velocidad de la banda (761,192 ft/min) Pt = (4881,99 lbs + 200 lbs) x 761,192 ft/min = 117,22 Hp 33000 Pt = 117,22 Hp = 87,41 Kw
•
Potencia del motor (Pm): Pm = Pt/ηt x ηa
Donde; ηt = eficiencia de la transmisión (0.94). Pág.163 del CEMA. (Anexo Nº 2) ηa = Eficiencia del acople hidráulico (0,99). Catálogos de fabricantes. Pm =
87,41 Kw 0,94 x 0,99
Pm = 93,93 Kw = 125,96 Hp
91
Cálculos basados en la Capacidad Real: •
Capacidad de Diseño: Qd = 2600 Ton/hr
En toneladas cortas tenemos: Qd = 2600 Ton/hr x 1/0.907 = 2866,59 Tc/hr Qd = 2866,59 Tc/hr
•
Peso del material transportado (Wm) [lb/ft]: Wm = 33,3 x Qd/V
Donde; Qd = capacidad de diseño para el transporte de mineral, en toneladas cortas. (Tc/hr) V = velocidad de la banda transportada (ft/min)
Wm = 33,3 x 2866,59 Tc/hr = 125,41 lbs/ft 761,192 ft/min
Wm = 125,41 lbs/ft
92
•
Peso de la correa (Wb) [ lb/ft]:
Cinta de 5 lonas Ancho (b) = 48 pulg. Peso (Wb) = 14 kg/ft (Según taller de correas de Ferrominera Orinoco C.A)
Wb = 14 kg/ft x 2,2046 = 30,87 lb/ft 1 kg
Wb = 30,87 lb/ft •
Factor (Ky)
Factor que tiene en cuenta la resistencia de la flexión de la correa y la carga sobre los rodillos. Según el CEMA, Pág. 82, el factor Ky para este caso es de 0.016 •
Factor (Kx):
Factor de resistencia friccional del movimiento entre los rodillos de carga y la cinta transportadora. Este factor se determina por la siguiente formula: Kx = 0.00068 (Wb + Wm) + ai/si Donde; si = Distancia entre rodillos = 3 ft ai = 1,5 para rodillos de 6 pulgadas de diámetro. Pág. 81 del CEMA Kx = 0.00068 x (30,87 lbs/ft + 125,41 lbs/ft) + 1.5/3 ft = 0,61 Kx = 0.61
93
•
Factor (Kt):
Factor de corrección del medio ambiente al cual esta operando la cinta. Según la figura 6.1 del CEMA, pagina 80, (Anexo Nº 1), el factor Kt = 1 Cálculos de las tensiones: •
Tensión Mínima (To): To = 6,25 x si x (Wb + Wm) Donde; si = distancia entre rodillos (3 ft) Wb = peso de la correa (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material (125,41 lbs/ft) To = 6,25 x 3 ft x (30,87 lbs/ft + 125,41 lbs/ft) To = 2930,25 lbs
•
Tensión debido al peso del material y la correa, lado de carga (Twc): Twc = H (Wb + Wm)
Donde; H = distancia vertical entre polea de cola y polea de cabeza o descarga (22,96 ft) Wb = peso de la banda (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material (125,41 lbs/ft) Twc = 22,96 ft (30,87 lbs/ft + 125,41 lbs/ft) = 3588,18 lbs Twc = 3588,18 lbs
94
•
Tensión debido a la fricción, lado de carga (Tfc): Tfc = L [Kt (Kx + Ky.Wb)] + L.Ky.Wm Donde; L = longitud de la banda transportadora (180,45 ft) Kt = 1 Kx = 0,61 Kx = 0,016 Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material transportado (125,41 lbs/ft)
Tfc = 180,45 ft [1(0,61 + 0,016 x 30,87 lbs/ft)] + 180,45 x 0,016 x 125,41 lbs/ft Tfc = 416,46 lbs •
Tensión del lado retorno debido al peso de la correa (Twr): Twr = H x Wb
Donde; H = Distancia vertical entre polea de cola y polea de cabeza o descarga (22,96 ft) Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Twr = 22,96 ft x 30,87 lbs/ft Twr = 708,77 lbs
95
•
Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (Tfr):
Tfr = 0,015 x L x Wb x Kt Donde; L = longitud de la banda transportadora (180,45 ft) Kt = 1 Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Tfr = 0,015 x 180,45 ft x 30,87 lbs/ft x 1 Tfr = 83,56 lbs •
Tensión en el lado de la carga (Tc): Tc = To + Twc + Tfc
Donde; To = Tensión mínima (2930,25 lbs) Twc = Tensión debido al peso del material y la correa, lado de carga (3588,18 lbs) Tfc = Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (416,46 lbs) Tc = 2930,25 lbs + 3588,18 lbs + 416,46 lbs = 6934,89 lbs Tc = 6934,89 lbs
96
•
Tensión en el lado del retorno (Tr): Tr = To + Twr ± Tfr
Donde; To = Tensión mínima (2930,25 lbs) Twr = Tensión del lado retorno debido al peso de la correa (708,77 lbs) Tfr = Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (83,56 lbs) Tr = 2930,25 lbs + 708,77 lbs - 83,56 lbs = 3639,02 lbs Tr = 3639,02 lbs Nota: la tensión en le lado del retorno debido a la fricción de la correa (Tfr), en este caso es negativa, ya que es una correa ascendente. •
Tensión debido a la fricción de las poleas (Tfp):
Según las normas de la CEMA, Pág. 87, Tabla 6.5, las tensiones generadas por las poleas son las siguientes: Localización de las
Angulo de arrope de la
Libras de tensión
Poleas
banda a la polea
generadas por polea
Lado firme
150º a 240º
200
Lado flojo
150º a 240º
150
Todas las otras poleas
Menos de 150º
100
Tabla Nº 4. Tensiones generadas por las poleas
97
En el caso de la banda Nº 1 se tiene las siguientes poleas Polea de amarre: 200 lbs Polea de retorno: 150 x 1 = 150 lbs Polea de quiebre y contrapeso: 0 lbs Tfp = Σ Tensiones generadas por las poleas Tfp = 200 lbs + 150 lbs = 350 lbs Tfp = 350 lbs Nota: la fricción generada por la polea motriz no afecta la tensión de la cinta, sin embargo esta debe ser incluida cuando se determina la potencia requerida en el eje del motor (CEMA Pág. 87) •
Tensión debido a las cortinas delantales y limpiadores (Tfz):
Las cortinas delantales son laterales de goma que se colocan en la zona de carga del material a la banda para evitar su derrame. Tfz = 4 Lz + (2B) N Donde; Lz = longitud de las cortinas delantales (0 ft) B = Ancho de la correa (48 pulgadas) N = Número de Limpiadores (2) Tfz = (2x48) 2 = 192 lbs Tfz = 192 lbs
98
•
Tensión Máxima (T1): T1 = Tc + Tfz + Tfp
Donde; Tc = Tensión en el lado de carga (6934,89 lbs) Tfz = Tensión debido a las cortinas delantales y limpiadores (192 lbs) Tfp = Tensión debido a la fricción de las poleas (350 lbs) T1 = 6934,89 lbs + 192 lbs + 350 lbs = 7476,89 lbs T1 = 7476,89 lbs
•
Tensión en el lado flojo ( T2):
Donde; T2 = Tr = tensión en el lado del retorno T2 = Tr = 3639,02 lbs T2 = 3639,02 lbs •
Tensión efectiva (Te): Te = T1 – T2 Te = 7476,89 lbs – 3639,02 lbs = 3837,87 lbs Te = 3837,87 lbs
99
•
Cálculo de potencia requerida en el tambor motriz (Pt):
Se obtiene por: Pt = (Te + Tpm) x V 33000 Donde; Te = tensión efectiva (3837,87 lbs) Tpm = tensión por fricción de la polea motriz (200 lbs) V = velocidad de la banda (761,192 ft/min) Pt = (3837,87 lbs + 200 lbs) x 636,514 ft/min = 93,14 Hp 33000 Pt = 93,14 Hp = 69,45 Kw
•
Potencia del motor (Pm): Pm = Pt/ηt x ηa
Donde; ηt = eficiencia de la transmisión (0.94). Pág.163 del CEMA. (Anexo Nº 2) ηa = Eficiencia del acople hidráulico (0,99). Catálogos de fabricantes. Pm =
69,45 Kw 0,94 x 0,99
Pm = 74,63 Kw = 100 Hp
100
En resumen se muestran todos los cálculos requeridos para accionar la banda transportadora Nº 1.
CAPACIDAD DE DISEÑO
CAPACIDAD REAL
Qd = 3250 ton/hr
Qd = 2600 ton/hr
Qdtc = 3583,25 Tc/hr
Qdtc = 2866,59 Tc/hr
Wm = 156,76 lb/ft
Wm = 125,41 lb/ft
Wb = 30,87 lb/ft
Wb = 30,87 lb/ft
Ky = 0,016
Ky = 0,016
Kx = 0,64
Kx = 0,61
Kt = 1
Kt = 1
T0 = 3518,07 lbs
T0 = 2930,25 lbs
Twc = 4307,98 lbs
Twc = 3588,18 lbs
Tfc = 657,22 lbs
Tfc = 416,46 lbs
Twr = 708,77 lbs
Twr = 708,77 lbs
Tfr = 83,56 lbs
Tfr = 83,56 lbs
Tc = 8483,27 lbs
Tc = 6934,89 lbs
Tr = 4143,28 lbs
Tr = 3639,02 lbs
Tfp = 350 lbs
Tfp = 350 lbs
Tfz = 192 lbs
Tfz = 192 lbs
T1 = 9025,27 lbs
T1 = 7476,89 lbs
T2 = 4143,28 lbs
T2 = 3639,02 lbs
Te = 4881,99 lbs
Te = 3837,87 lbs
Pt = 117,22 Hp = 87,41 Kw
Pt = 93,14 Hp = 69,45 Kw
Pm = 93,93 Kw = 125,96 Hp
Pm = 74,63 Kw = 100 Hp
Tabla Nº 5
101
Selección del motor. La corporación General Electric posee gran variedad de diseño de motores, sin embargo, para aplicaciones de minería, los más recomendados son los tipos motores Norma NEMA - TEFC. Mediante las tablas de selección de motores de la GE se determinaron las características del motor eléctrico conveniente para trabajar en el sistema de accionamiento de la cinta Nº 1. Características del motor eléctrico de la cinta Nº 1. (SEGÚN NORMA NEMA- TEFC) Potencia (HP): 150 = 110 Kw Factor de servicio (S.F): 1.15 Diseño NEMA (DESIGN): A Armazón: 445T* Velocidad (r.p.m): 1.785 Eficiencia: 93 % Peso Aproximado: 725 Kg Corriente Nominal en 220 V A: 376,0 Momento Nominal Tn: 435 lb/ft Fase: 3 Selección del reductor FALK La corporación Falk para la selección de reductores toma en cuenta una serie de factores relacionados con las horas de trabajo por día al cual estará sometido el equipo, la temperatura a la cual operara, la velocidad del aire en el área a instalar y la altitud con respecto al nivel del mar. El método de selección mediante el catalogo es el siguiente:
102
Paso 1: selección del tipo de reductor. Consiste en determinar la configuración de los ejes del reductor mas adecuada para la aplicación, ya que esta puede ser perpendicular, paralela y con eje de salida vertical u horizontal. Se puede instalar tanto de ejes perpendiculares como paralelos con eje de salida horizontal, por esta razón se procederá a la selección de los dos tipos de reductores para posteriormente evaluar las alternativas. Los tipos de reductores a utilizar en cuenta la configuración de los ejes y según la Pág. 13 del catálogo Falk (Anexo Nº 12) son: Tipo A, reductor de ejes sólidos paralelos con salida horizontal Tipo AB, reductor de ejes sólidos perpendiculares con salida horizontal. Paso 2. Determinación del tamaño usando el método de selección con los Hp. En este caso se utilizarán los Hp de potencia requerida para accionar la cinta transportadora con el propósito de determinar por medio de la página 24 y 66 del catálogo Falk (Anexos Nº 13 y 14), el tamaño de los reductores a utilizar. Para llevar a cabo este paso, primero se requiere multiplicar la potencia requerida para accionar la cinta transportadora por el factor de servicio (factor que toma en cuenta la cantidad de horas en operación del reductor) que es 1,25 extraído del anexo Nº 15. La potencia requerida por el reductor tomando en cuenta dicho factor es la siguiente: 123,38 Hp x 1,25 = 154,23 Hp
103
Otro de los datos requeridos para la selección del tamaño del reductor es el ratio, el cual se calcula dividiendo las revoluciones por minutos de entrada al reductor y las revoluciones por minutos de salida del mismo. Ratio = 23:1 Utilizando los datos anteriormente calculados y por medio de las tablas de selección de reductores (Anexo Nº 13 y 14) se procedió a la selección de los reductores, tipo A y AB llegando a la conclusión de que se requiere un reductor tamaño 405 de triple reducción para los reductores de ejes paralelos y perpendiculares Paso 3. Chequeo de potencia térmica En este paso consiste en chequear la potencia térmica del equipo seleccionado tomando en cuenta los factores de coerción, para determinar si se requiere un sistema de enfriamiento y en caso de que así sea, establecer cual es el adecuado. Pt = Pr x f2 x f3 x f4 x f5 Donde; Pt = potencia térmica. Pr = potencia requerida para accionar la banda multiplicada por el factor de servicio = 154,23 Hp f2 = factor de corrección por la altitud a la cual operará el equipo respecto al nivel del mar. f2 = 1 (Anexo Nº 15) f3 = factor de temperatura a la cual opera el equipo. La cinta Nº 1 operará a un promedio de 85 ºF por lo tanto f3 = 1 (Anexo Nº 15) f4 = factor de ventilación. El sistema motriz de la cinta Nº 1 se encuentra expuesto a las corrientes de aire libre por lo tanto f4 = 1.00 (Anexo Nº 15) f5 = factor del ciclo de rendimiento. Factor que toma en cuenta el porcentaje de operación por hora de la cinta transportadora (80%). f5 = 1.05
104
Pt = 154,23 Hp x 1 x 1 x 1 x 1.05 = 161,95 Hp Para una potencia térmica de 161,95 Hp las tablas de las paginas 34 y 35 del catálogo Falk (Anexos Nº 16 y 17) nos indica que tanto el reductor de ejes paralelos como el de ejes perpendiculares requieren un sistema de enfriamiento con un ventilador eléctrico. Selección del Acople. Los acoples a utilizar serán marca Falk tipo hidráulico,
debido a que el
funcionamiento de los mismo han resultado eficiente en comparación con otras marcas usadas en C.V.G Ferrominera Orinoco C.A. Las tablas para la selección del mismo (Anexo 22) toma en consideración la potencia, las revoluciones por minuto del eje del motor y el factor de arranque, el cual es de 1.20 y 1.40 para cintas transportadoras. El tipo de acople a utilizar será del tipo HFN & D, debido a que satisface la necesidad existente. Tomando en cuenta los parámetros ya mencionados, y mediante la tabla de selección, se pudo determinar las características del acople hidráulico a utilizar, las cuales son: Tamaño: 1420 Porcentaje de deslizamiento: 3.7 Ángulo de llenado: 75º Polea motriz y eje. La polea motriz que se requiere colocar en este sistema será tomado de los parámetros de la velocidad de la cinta transportadora.
105
V = 232 m/min = 232 m/min x 1min/60 seg. = 3,87 m/s R.P.M = motor 1785, Reductor 23:1, Ws = 1785/23 = 77,61 R.P.M Potencia 155 Hp V=WxR R = V/Wxп/30 = 10,61 m/s/77,61 x п/30 = 0,767 m = 30,20 pulg. x 2 = 60,4 = 60 pulg. Peso equivalente del conveyor: Cinta Nº 1 Hallemos primero, los pesos reales aproximados de todos los componentes rotatorios. Por ser la cinta de longitud 55 m, solo se le coloca polea de cabeza, tensora de cabeza y polea de cola. V = 232 m/min = 232 m/min x 1 min/60 seg. = 3,87 m/seg. R.P.M motor = 1785 Reductor: ratio 23:1 Ws = 77,61 R.P.M Potencia = 155 HP V = W x R, despejamos R =V/W.п/30 = R = 3,87 m/s = 0,476 m = 18,75” x 2 = 37,5” 77,61 x п/30 R = 37,5” = 38” Diámetro de polea motriz 38” Asumo diámetro 36” estandarizado en el manual del CEMA. Tabla 8.2, Pág. 234 Para la polea motriz, con diámetro 36” por 51”, cubo máx. de 5”, el peso es de 960 lbs (estimado de la tabla 8-1. según manual del CEMA. Pág. 232).
106
Para la polea tensora de cabeza 36” por 51”, cubo máx. de 4. 1/2”, el peso es de 900 lbs (estimado de la tabla 8-1. según manual del CEMA. Pág. 232). Para la polea de cola, con diámetro 36” por 51”, cubo máx. de 5”, el peso es de 960 lbs (estimado de la tabla 8-1. según manual del CEMA. Pág. 232). Total de las 3 poleas = 960 + 900 + 960 = 2820 lbs. Este peso es aproximado, y para una mejor precisión se debe recurrir al fabricante quién podrá suministrar los pesos reales; el peso de las poleas incluye todos los elementos que conforman el conjunto polea (discos centrales y terminales, cubos, ejes, etc.). Un método aproximado bastante aceptado es el de usar para el peso equivalente, 2/3 del peso total real, luego: 2/3*2820 = 1880 lbs será el peso equivalente de las 3 poleas del conveyor (incluyendo la motriz). Para los bastidores acanalados, de la tabla 5-13, para 48” de ancho de correa y clase E6, el peso equiv. Es 81.9 lbs, luego: 81.9*(180,45 ft/3 ft de espaciamiento) = 4927 lbs. Para los de retorno, de la tabla 5-14, correa de 48”, clase C6, el peso equiv. Es de 48.4 lbs, luego: 48.4*(180,45 ft/10 ft de espaciamiento) = 873,38 lbs. Para la cinta en el camino de carga, de la tabla 6-1: (30,87 lbs/ft)*(180,45 ft) = 5571 lbs. Para la cinta en el camino de retorno, (30,87 lbs/ft)*(180,45 ft + 1,11 ft) = 5605 lbs. Luego el peso total equivalente del conveyor es = 18856 lbs La carga del material (150,91 lbs por ft) * (180,45 ft) = 27232 lbs Ahora el peso total del conveyor mas la carga de la cinta = 46088 lbs
107
Diseño de curva vertical convexa. Con las ecuaciones a describir mas adelante, se acostumbra a determinar el radio mínimo que suele prevenir situaciones indeseables tales como bucles y derramamiento. Ecuación para prevenir sobreesfuerzo en los bordes de la cinta, r2 = FactorC*b^2*Bm*p/(Tr - Tc) (5) r2 = 0,0131 x 482 x 100 x 5 (3639,02 – 6934,89) r2 = 4,58 = 5 pulg. Ecuación para evitar bucles, r2 = FactorD*b^2*Bm*p/(Tc - 30*b) (6) r2 = 0.0065 x 482 x 100 x 5 (6934,89 – 30x48) r2 = 1,37 = 2 pulg. Ecuación del radio mínimo, r2 = 12*(b/12) (7) Donde, r2 : radio mínimo de la curva convexa, ft b : ancho de la cinta, inch p : número de pliegues de la correa Tc : tensión en el punto c (ó c1), lbs Tr : tensión nominal Bm : módulo de elasticidad de la correa, lbs por inch de ancho por pliegue.
108
Para valores de Bm ver los que se usan para la cinta cóncava.
Tabla Nº 6 Los factores C y D dependen del ángulo de acanalamiento en los bastidores de carga (ver el cuadro. Tabla Nº 7).
La ecuación (5) debería ser aplicada en la situación de arranque de la cinta desde el reposo con la carga desde la polea de cola hasta la convexidad. Bajo condiciones de arranque la tensión nominal de la cinta se puede incrementar (ver cap. 6). La ecuación (6) debería aplicarse cuando la cinta está andando vacía. Siempre se deberá usar el más grande de los radios calculados en las fórmulas (5), (6) y (7). Sí la fórmula (6) prevalece, se debe investigar la posibilidad de incrementar Tc considerando un peso compensativo adicional.
Espaciamiento de los bastidores en curvas convexas. Ambos bastidores, los de carga y los de retorno, deberían espaciarse de tal manera que, la suma de las cargas de la correa y el material, mas la tensión de la cinta, no exceda la capacidad de carga de dichos bastidores.
109
La resultante radial de la tensión de la cinta puede calcularse aproximadamente por: Fr = 2*Tc*sen(δ/(2*n)) Fr = 2 x 6934,89 x sen(12/(2 x 3)) Fr = 480,62 Donde, Fr : fuerza resultante sobre los bastidores en la curva vertical convexa, producida por la tensión de la cinta, lbs Tc : tensión de la cinta en el punto c (ó c1) δ : ángulo de la cinta entre las partes entrante y saliente de la curva, en grados n : número de espacios entre los bastidores sobre la curva (en número entero) La longitud de arco de la curva es: arc = 2*π*r2*(δ/360), ft arc = 2 x π x 5 x (12/360), ft arc = 1.05 El espaciamiento en los bastidores acanalados de carga puede ser determinado por la fórmula siguiente: Sic = (Ilr - Fr)/(Wb + Wm) Sic = (468 lbs – 480,62 lbs)/(30,87 lb/ft+ 125,41 lb/ft) Sic = 6 Donde Sic : máximo espaciamiento de los bastidores acanalados sobre la curva. ft Ilr : carga permitida por bastidor, lbs (ver cap. 5) Fr : resultante descrita antes Wb : peso de la cinta, lbs por ft Wm : peso del material, lbs por ft
110
La fórmula para este espaciamiento, está sujeta a tres condiciones: 1) Si el espaciamiento calculado resultase más grande que el espaciamiento normal adyacente a la curva, Sic se limitaría a valores no más grandes que el espaciamiento normal del bastidor acanalado. 2) Cuando el valor del espaciamiento calculado resulte entre los valores de uno normal y la mitad, del adyacente a la curva; puede tomarse luego un valor no mayor que el de la fórmula. Y 3) Cuando el espaciamiento calculado resulta menor que la mitad de uno normal, adyacente a la curva; aquí se tomará un valor no menor a esa mitad. También existe una limitación práctica en la determinación de Sic, que es que el espaciamiento debe tomarse en número entero para simplificar los detalles de soportería estructural, vale decir, que si la longitud de arco está dada, el número de espaciamientos lo calculamos con: n = arc/Sic ; para tomar de este resultado el número entero mayor. n = 0,175 Uso de poleas deflectoras en curvas convexas. En todas las instalaciones donde se emplean curvas convexas siempre y cuando el espacio lo permita, se recomienda el uso de bastidores acanalados por dos razones. Primero, para que el esfuerzo en los bordes de la cinta se puede reducir con un diseño apropiado de la convexidad de la curva. Segundo, hay menos disturbios con el material en la cinta al pasar por el cambio de perfil, reduciéndose de ese modo, el desgaste sobre la cinta y los bastidores, y previniéndose el derramamiento de material desde los bordes de la cinta. Las poleas deflectoras en el camino de carga de la cinta, en términos generales, no es recomendada, y solo debería usarse en casos muy especiales, por ejemplo cuando el
111
espacio no permite un diseño adecuado de curva convexa, y el transportador no estará lo suficientemente cargado como para que se derrame el material por los bordes de la cinta que se aplana al pasar por la polea deflectora. Es de observar que, bajo estas condiciones el diámetro de una polea deflectora debería ser lo suficientemente grande para retener el material sobre la cinta en el momento en que esta cambia de dirección. Como el diámetro de la polea variará con el coseno de delta y la velocidad al cuadrado de la cinta, evidentemente que para velocidades mayores de 500 fpm el diámetro resultará demasiado grande. Otra razón para preferir bastidores acanalados. El cuadro a continuación, da el mínimo diámetro de la polea deflectora para una velocidad dada. En ningún caso dicho diámetro debería ser menor a los de las tablas 7-5, 7-6, y 7-7.
112
Cálculos de la cercha de la CINTA Nº 1 La disposición de la cinta transportadora es como se muestra en la siguiente figura Nº 32:
T1
T0 12º
TE T2
T0 = tensión mínima T1 = tensión máxima T2 = tensión en el lado flojo T3 = tensión efectiva
Condiciones de Diseño 3518,07 lbs 9025,27 lbs 4143,28 lbs 4881,99 lbs
Condiciones de Reales 2930,25 lbs 7476,89 lbs 3639,02 lbs 3837,87 lbs
La secuencia de diseño de la estructura o cercha de apoyo de la cinta transportadora es la siguiente: •
Determinación de todas las cargas de diseño que se ejercen sobre las estructuras.
•
Determinación de las fuerzas sobre las barras de la estructura.
•
Determinación de los elementos sometidos al mayor esfuerzo.
•
Diseño de los tirantes, diagonales, pares.
Procedimiento para el cálculo de las fuerzas sobre los apoyos y de los elementos que constituyen la cercha. Debido a que la carga esta distribuida por los pares y como se estableció como condición que las cargas actúan en los nodos de la estructura, entonces las cargas puntuales actúan como se muestra en la figura siguiente.
113
22500 mm P/2 P
P
P
P
P
P
P
P
P
RA
P
P
P
P
P P/2
1494 2988 4482
RB 5976 7470 8964 10458 11952 13446 14940 16434 17928 19422 20916 22410
Figura Nº 33 Nota: La estructura completa esta compuesta por 3 módulos con diferentes dimensiones, un modulo de 22,5 mts central y uno de 14,5 mts y otro de 14 mts a los laterales, por lo tanto se toma el tramo más crítico de la cercha para el cálculo de la misma, siendo esta de 22.5 mts.
114
Donde P/2=Qt . L/2 Tenemos que la carga total es = 46929,94 lbs = 260,07 lbs/ft Longitud de la cinta es = 180,45 ft Le sumamos 26 lbs/ft (pasillo y viga de apoyo) nos da: 286,07 lbs/ft = 286 lbs/ft Ahora: P = 286 lbs/ft x 4,92 ft = 1407,12 lbs P/2 = 703,56 lbs Para la determinación de las reacciones RA y RB en los puntos de apoyo de la estructura soporte de la cinta transportadora, se recurre a la aplicación de las ecuaciones de equilibrio de la estática, sumatoria de momento con respecto a un punto y sumatoria de fuerzas en un sentido, tal como establece el método de Ritter.
+
ΣMA = 0 22415 x RB – 22415 x (P/2) – 156870 x P = 0 RB = 22415 mm (703,56 lbs) + 156870 x (1407,12 lbs) 22415 mm RB = 9918 lbs. +
ΣFY = 0 RA + RB – P x 14 = 0 RA = (1407,12 lbs x 14) – 9918 lbs = 9781,68 lbs.
115
Cortamos entre los nodos 16 - 18 P
P
P
19
1500 mm = 4,92 ft
P
P P/2
16 F16 -18
18
RB 1494 2988
4482
5976
7470
8964
Sumatoria de momento con respecto al nodo 19:
+
ΣM19 = 0 8834 x RB – 8964 x (P/2) – 22410 x P – 1500 x F16-18 = 0 F16-18 = - 8964 (703,56 lbs) – 22410 (1407,12 lbs) + 8834 (9918 lbs) 1500 mm F16-18 = 156018 lbs = 70768,65 Kg
116
Cortamos entre los nodos 18 - 20 P
P
P
21
1500 mm = 4,92 ft
F18 -20
P
18
P/2
20
RB 1494 2988
4482
5976
7470
Sumatoria de momento con respecto al nodo 21: +
ΣM21 = 0 7340 x RB – 7470 x (P/2) – 14940 x P – 1500 x F18-20 = 0 F18-20 = - 7470 (703,56 lbs) – 14940 (1407,12 lbs) + 7340 (9918 lbs) 1500 mm F16-18 = 46520154 lbs = 21101212 Kg Una vez obtenida la magnitud de las reacciones de los apoyo sobre la cercha se procedió al cálculo de las fuerzas en los elementos que constituyen la cercha l luego se determino cual es la barra critica mediante la sumatoria de los momento en los nodos críticos,
logrando obtener que los elementos críticos están entre las
barras 16 – 20.
117
Selección del perfil a utilizar para la cercha de soporte de la cinta La selección del tipo de perfil que se utilizara para la cercha se basa en el estudio del esfuerzo que se produce en la barra más crítica, con la determinación de esta barra se seleccionará para los demás perfiles con las mismas características. En principio se evaluará el tipo de perfil con que cuenta las demás cercha de la cinta con el fin de conservar la uniformidad, si este tipo de perfil no cumple con las condiciones se procederá a la escogencia de otro que si cumpla con los requerimientos. Del análisis de fuerza realizado anteriormente mediante el método de las secciones, se determino que la barra mas critica es la localizada entre los nodos 8 – 10, por lo que a este elemento se le realizará el estudio de esfuerzo. Presentando el estudio de tracción de 9635 Kg. A esta barra se le evaluará con un perfil L 90 x 90 x 7 de acero A36.
P
P
Longitud de la barra = 1500 mm = 150 cm Fuerza sobre la barra = 21241,38 lbs = 9635 kg Perfil a utilizar = L 90 x 90 x 7 Material del perfil = Acero A-36, Fy = 2500 kg/cm2 (Tabla de perfiles. Pto. Cedente) Características del perfil: Área = 12,20 cm2, r = 2,75cm, C = 6,36 cm Área necesaria a tracción simple A1 = P/Ft = 9635 kg/0,6 x 2500 kg/cm2 = 6,42 cm2
118
Área necesaria a flexión (Perfil L 90 x 90 x 7) A2 = M x C = (12041 Kg.cm) x Fb
r2
0,6 x 2500kg/cm
6,36 cm (2,75 cm)2
A2 = 6,75 cm2 Área total necesaria en la sección del perfil es: A ≥ A1 + A2 A ≥ 6,42 + 6,75 = 13,17 cm2 Diagonales (Perfil 75 x 75 x 7) Área necesaria a tracción simple A1 = P/Ft = 4856 Kg/0,6 x 2500 Kg/cm2 = 3,24 cm2 Área necesaria a flexión (Perfil L 75 x 75 x 8) A2 = M x C = (7453,86 Kg.cm) x Fb
r2
0,6 x 2500kg/cm
5,30 cm (2,28 cm)2
A2 = 5,06 cm2 Área total necesaria en la sección del perfil es: A ≥ A1 + A2 A ≥ 3,24 + 5,06 = 8,3 cm2 13,17 ≥ 8,3 por lo tanto si cumple
119
Cálculo de la las fuerzas que actúan sobre los pórticos sobre los que está apoyada la cercha de la cinta transportadora. Se diseñaron 3 pórticos de igual configuración, pero de diferente dimensión, que soportan la cinta transportadora, la carga ejercida sobre ellos es la calculada anteriormente para las cerchas. Se considerará para este cálculo el doble de la reacción de mayor magnitud, es decir, Rb= 13862.85 lbs; aproximaremos esta magnitud a 14000 lbs, por lo que utilizaremos 28000 lbs.
6300
Pórtico 1
9120
Pórtico 2
10620
Pórtico 3
120
Figuras Nº 34.
Pórtico 1
563
1500 4
2100
5
3
2100
6
2 2100
1x
7
1 1y
1689
8
8x 8y
563 563
Determinación de las reacciones 1y, 8y, considerando positivas las reacciones en sentido hacia arriba, y los momentos con sentido de giro antihorario. Σ Fy = 0 1y + 8y – 28000 = 0 Σ M1 = 0 4878 * 8y – 2439 * 28000 = 0 8y = 2439 * 28000 = 14000 lbs 4878 Luego 1y = 28000 – 14000 = 14000 lbs Aplicando el método de los nodos al pórtico, para determinar las fuerzas que actúan en las barras: Nodo 5: Σ Fy = 0
14000
f56 * cos 15 – 14000 = 0 f56 = 14000 = 14493,87 lbs. Cos 15
f54 f56
121
Σ Fx = 0 f54 – f56 * sen 15 = 0 f54 = 14493,87 * sen 15 f54 = 3751,29 lbs. Nodo 4: Σ Fy = 0 14000
f43 * cos 15 + f46 * sen (45,51) – 14000 = 0 Por ley del paralelogramo
f45
f43 = 11451 lbs. ; f46 = 4120 lbs. Comprobando:
f43
f46
11451 * cos 15 + 4120 * sen(45,51) = 14000 14000 lbs. = 14000 lbs. f65
Nodo 6:
f64
Σ Fy = 0 f67 * cos 15 – f65 * cos15 – f64 * sen(45,51) = 0
f63
f67 = f65 * cos15 + f64 * sen(45,51) = cos 15
f67
f67 = 17536,65 lbs. Σ Fx = 0 f63 + f64 * cos(45,51) + f65 * sen 15 – f67 * sen 15 = 0 f63 = f67 * sen 15 – f64 * cos(45,51) – f65 * sen 15 f63 = - 2099,70 lbs. Nodo 3: Σ Fy = 0 f32 * cos 15 + f37 * sen(33,37) – f34 * cos15 = 0
f34
f32 = f34 * cos 15 – f37 * sen(33,37) (I) cos 15
f36
f32 122
f37
Σ Fx = 0 f32 * sen 15 – f34 * sen 15 – f37 * cos(33,37) + f36 = 0 (II) Sustituyendo (I) en (II): {[f34 * cos 15 – f37 * sen(33,37)]/ cos15} * sen 15 – f34 * sen 15 – ….. …- f37 * cos(33,37) + f36 = 0 f37 = 2099,70 = 2138,19 lbs. 0.982 Luego: f32 = f34 * cos 15 – f37 * sen(33,37) = cos 15 f32 = 10233,41 lbs. f76
Nodo 7: f73
Σ Fy = 0 f78 * cos15 – f76 * cos 15 – f73 * sen(33,37) = 0
f72
f78 = f76 * cos 15 + f73 * sen(33,37) cos 15
f78
f78 = 18754,24 lbs. Σ Fx = 0 f72 + f73 * cos(33,37) + f76 * sen 15 – f78 * sen 15 = 0 f72 = f78 * sen 15 – f73 * cos(33,37) – f76 * sen 15 f72 = 1470,54 lbs. Nodo 8: Σ Fx = 0 f82 * cos(25,95) + f87 * sen 15 – 8x = 0
f89
8x = f82 * cos(25,95) + f87 * sen 15
f82
8x = 13310,10 lbs.
8x
8y
123
Σ Fy = 0 8y – f87 * cos 15 – f82 * sen(25,95) = 0 f82 = 8y – f87 * cos 15 = sen(25,95) f82 = - 9404,32 lbs.
Nodo 2: Σ Fy = 0 f21 * cos 15 – f28 * sen(25,95) – f23 * cos 15 = 0
f23
f21 = f28 * sen(25,95) + f23 * cos 15 = cos 15
f27
f21 = 14493,87 lbs. f28 f21
Nodo 1:
f12
Σ Fx = 0 1x – f12 * sen 15 = 0
1x
1x = f12 * sen 15 1x = 3751,29 lbs.
1y
Luego de estos cálculos podemos observar que los elementos del pórtico sometidos a los mayores esfuerzos se encuentran en la base del mismo. Con la misma metodología se determinaron las cargas máximas para las bases de los pórticos 2 y 3, para el pórtico 2 la carga en la barra 9-10 f9-10 = 19853,35 lbs y la carga f2-10 = 13649,54lbs, para el pórtico 3 f9-10 = 19855,97lbs y f2-10 = 13661,15lbs.
124
Selección de los perfiles a utilizar para los pórticos Para esta selección se utilizará el método omega sobre la barra crítica, una vez seleccionado el perfil adecuado para dicha barra se utilizará este mismo para las otras barras, se considerarán 2 tipos de perfil, el primero para las barras de la periferia del pórtico y el segundo para las barras que conforman el resto de la estructura del pórtico. Las barras críticas son la 9-10 (de la periferia) y la 2-10 (parte interna de la estructura) del pórtico número 3. Para la barra 9-10, que de ahora en adelante llamaremos barra 1, de L = 2749mm. Se selecciona un perfil IPN – 220 Para la barra 2-10, que llamaremos barra 2, de L = 7003mm. Seleccionamos un perfil L 100 x 100 x 10 Considerando los elementos como empotrados en sus extremos, tenemos que la longitud de pandeo es la mitad de las barras, entonces: Lp1 = L1 = 2749mm = 137,45cm. 2 2 Lp2 = L2 = 7003mm = 350,15cm. 2
2
Para determinar esbeltez: Para la barra 1: λ1 = Lp1 = 137,45cm = 68,04cm. 2,02 iy Para la barra 2: λ2 = Lp2 = 350,15cm = 115,18cm. iy 3,04
125
Con estos datos de la esbeltez voy a la tabla omega (ver anexos) y para un acero A-37, obtengo: ω1 = 1,29 (para barra 1) ω2 = 2,37 (para barra 2) Para la barra 1 σf ≥ P * ω A Donde: σf = 2400kg/cm2 (esfuerzo de fluencia para el acero A-37) P = 8935Kg. A = 39,5cm2 ω1 = 1,29 Luego: 2400 Kg/cm2 ≥ 8935Kg * 1,29 39,5cm2 2400 Kg/cm2 ≥ 291,8 Kg/cm2 Por lo tanto el perfil cumple con la condición. Para la barra 2: σf ≥ P * ω A Donde: σf = 2400kg/cm2 (esfuerzo de fluencia para el acero A-37) P = 6148Kg. A = 19,20cm2 ω1 = 2,37 Luego: 2400 Kg/cm2 ≥ 86148Kg * 2,37 19,20cm2 2400 Kg/cm2 ≥ 758,89 Kg/cm2 Por lo tanto el perfil cumple con la condición.
126
Cálculo de las uniones soldadas de la cercha y los pórticos. Unión de los elementos de la cercha Los extremos de las diagonales, los tirantes y los montantes de la cercha que soporta la cinta transportadora se unirán por medio de soldadura de arco eléctrico mediante cartelas de dimensiones (600 x 300) mm. y de 5mm. de espesor. La soldadura será de filete con un espesor del cordón de soldadura de 5mm. basado en la norma COVENIN – MINDUR 1618-82 (capítulo 18, apartado 18.5) para estructura de acero, donde están definidos los tamaños mínimos de las soldaduras a filete con relación al grosor de los elementos a unir. Se tomará como referencia para el cálculo de la soldadura la barra crítica, es decir, la que se encuentra sometida al mayor esfuerzo. Como fue determinado anteriormente la barra crítica esta sometida a una fuerza de 25208Kg. Figuras Nº 35
La longitud de soldadura entre el perfil 100 x 100 x 10 y la cartela es 70cm. τ* = P* / a * Lsol ≤ τadm Donde: P* = 25208Kg. * 1,5 = 37812Kg. a = 0,5 cm. Lsol = 70cm. Se selecciona un electrodo E7018 con limite de fluencia de 4014 Kg/cm2 y utilizando el 60% de este valor (soldadura a filete 0,6 * σy) τadm = 2408 Kg/cm2 τ* = 37812Kg./ (0,5cm * 70cm) τ* = 1080,34Kg/cm2 1080,34Kg/cm2 ≤ 2408Kg/cm2 Por lo tanto la soldadura cumple con la condición.
127
Unión de los elementos de los pórticos. Como en la cercha, los extremos de los elementos de los pórticos serán unidos mediante soldadura de arco eléctrico a través de cartelas.
Figura Nº 36 Conociendo que la barra crítica esta sometida a una carga de 8935 Kg. La longitud de soldadura entre el perfil 100 x 100 x 10 y la cartela es 40cm. τ* = P* / a * Lsol ≤ τadm Donde: P* = 8935Kg. * 1,5 = 13402,5Kg. a = 0,5 cm. Lsol = 40cm. Se selecciona un electrodo E7018 con limite de fluencia de 4014 Kg/cm2 y utilizando el 60% de este valor (soldadura a filete 0,6 * σy) τadm = 2408 Kg/cm2 τ* = 13402,5Kg./ (0,5cm * 40cm) τ* = 670,125Kg/cm2 670,125Kg/cm2 ≤ 2408Kg/cm2 Por lo tanto la soldadura cumple con la condición.
128
Cálculo de las fundaciones de los pórticos que soportan la cinta transportadora. Para el cálculo de las fundaciones se tomará como referencia el pórtico 3, ya que es el de mayores dimensiones, y para los otros 2 pórticos se utilizarán los mismos resultados El peso aproximado del pórtico 3 es de 2582Kg, luego la carga vertical sobre cada zapata será 1291Kg, sin considerar la carga que ejerce el conveyor sobre cada apoyo (14000lbs ≈ 6351Kg.) Por ende la carga sobre cada fundación de 6351Kg + 1291Kg = 7642Kg. Aproximaremos esta carga a 8000Kg. Se asume suelo formado por arcilla con arena blando, cuyo esfuerzo admisible es 1,0 Kg/cm2 (según “Diseño de elementos estructurales”, Ing. Aleksander Potyka, Tabla 10-2-1). La columna es un perfil IPN – 220. El nivel de la zapata es de 0,5 m por debajo del nivel del suelo. Seleccionando una fundación aislada de zapata cuadrada y concreto armado, tenemos: Área de la zapata: A= Q _ K1 Donde: Q = 8000 * 1,1 = 8800Kg (peso de la fundación incluido). K1 = 1,0 Kg/cm2 (esfuerzo admisible del suelo) A = 8800 Kg = 8800 cm2 1,0 Kg/cm2 b = A1/2 (Por ser una zapata cuadrada) Donde: b = lado de la zapata b = (8800cm2)1/2 b = 93,81cm. (Pero asumimos 100cm).
129
La parte voladiza c = 0,5 * (b – bc) Donde: c = longitud de la parte empotrada de la fundación b = longitud de lado de la zapata bc = largo de la sección transversal de la columna c = 0,5 * (100 – 22) c = 39 cm. Altitud de la zapata: h=
2*Q = 4 * bc * Rc
Donde: Q = carga sobre la zapata. bc = largo de la sección transversal de la columna Rc = Resistencia a la tracción del concreto h=
2 * 8800 Kg = 2 4 * 22cm * 28 Kg/cm
h = 7,15 cm. Este valor será aproximado a 10 cm.
130
Datos Generales: CINTA Nº 2 Peso especifico: 2,3 ton/m3 = 2300 kg/m3 = 143,59 lb/ft3 Granulometría: 4 pulg. Temperatura: ambiente Capacidad Nominal: 3250 ton/hr Capacidad Real: 2600 ton/hr Longitud de la cinta: 22 m = 72,18 ft Ancho de la cinta: 48 pulg. Velocidad de la cinta: 279 m/min = 915,352 ft/min Nivel de inclinación de la cinta: 5º
Cálculos basados en la Capacidad de Diseño: Capacidad de Diseño: Qd = 3250 Ton/hr En toneladas cortas tenemos: Qd = 3250 Ton/hr x 1/0.907 = 3583,25 Tc/hr Qd = 3583,25 Tc/hr
131
Peso del material transportado (Wm) [lb/ft]: Wm = 33,3 x Qd/V Donde; Qd = capacidad de diseño para el transporte de mineral, en toneladas cortas. V = velocidad de la banda transportada
Wm = 33,3 x 3583,25 Tc/hr = 130,36 lbs/ft 915,352 ft/min
Wm = 130,36 lbs/ft
Peso de la correa (Wb) [lb/ft]: Cinta de 5 lonas Ancho (b) = 48 pulg. Peso (Wb) = 14 kg/ft (Según taller de correas de Ferrominera Orinoco C.A)
Wb = 14 kg/ft x 2,2046 = 30,87 lb/ft 1 kg
Wb = 30,87 lb/ft
132
Factor (Ky) Factor que tiene en cuenta la resistencia de la flexión de la correa y la carga sobre los rodillos. Según el CEMA, Pág. 82, el factor Ky para este caso es
de
0.016. (Anexo Nº 3) Factor (Kx): Factor de resistencia friccional del movimiento entre los rodillos de carga y la cinta transportadora. Este factor se determina por la siguiente formula:
Kx = 0.00068 (Wb + Wm) + ai/si Donde; si = Distancia entre rodillos = 3 ft ai = 1,5 para rodillos de 6 pulgadas de diámetro. Pág. 81 del CEMA. Kx = 0.00068 x (30,87 lbs/ft + 130,36 lbs/ft) + 1.5/3 ft = 0,61 Kx = 0.61 Factor (Kt): Factor de corrección del medio ambiente al cual esta operando la cinta. Según la figura 6.1 del CEMA, pagina 80, (Anexo Nº 2), el factor Kt = 1
133
Cálculos de las tensiones: Tensión Mínima (To): To = 6,25 x si x (Wb + Wm) Donde; si = distancia entre rodillos (3 ft) Wb = peso de la correa (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material (130,36 lbs/ft) To = 6,25 x 3 ft x (30,87 lbs/ft + 130,36 lbs/ft) To = 3023,06 lbs Tensión debido al peso del material y la correa, lado de carga (Twc): Twc = H (Wb + Wm) Donde; H = distancia vertical entre polea de cola y polea de cabeza o descarga (13,12 ft) Wb = peso de la banda (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material (130,36 lbs/ft) Twc = 13,12 ft (30,87 lbs/ft + 130,36 lbs/ft) = 2115,34 lbs Twc = 2115,34 lbs
134
Tensión debido a la fricción, lado de carga (Tfc): Tfc = L [Kt (Kx + Ky.Wb)] + L.Ky.Wm Donde; L = longitud de la banda transportadora (72,18 ft) Kt = 1 Kx = 0,61 Kx = 0,016 Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Wm = Peso del material transportado (130,36 lbs/ft) Tfc = 72,18 ft [1(0,61 + 0,016 x 30,87 lbs/ft)] + 72,18 ft x 0,016 x 130,36 lbs/ft Tfc = 230,23 lbs Tensión del lado retorno debido al peso de la correa (Twr): Twr = H x Wb Donde; H = Distancia vertical entre polea de cola y polea de cabeza o descarga (13,12 ft) Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Twr = 13,12 ft x 30,87 lbs/ft Twr = 405,02 lbs
135
Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (Tfr):
Tfr = 0,015 x L x Wb x Kt Donde; L = longitud de la banda transportadora (72,18 ft) Kt = 1 Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Tfr = 0,015 x 72,18 ft x 30,87 lbs/ft x 1 Tfr = 33,42 lbs Tensión en el lado de la carga (Tc): Tc = To + Twc + Tfc Donde; To = Tensión mínima (3023,06 lbs) Twc = Tensión debido al peso del material y la correa, lado de carga (2115,34 lbs) Tfc = Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (230,23 lbs) Tc = 3023,06 lbs + 2115,34 lbs + 230,23 lbs = 5368,63 lbs Tc = 5368,63 lbs
136
Tensión en el lado del retorno (Tr): Tr = To + Twr ± Tfr Donde; To = Tensión mínima (3023,06 lbs) Twr = Tensión del lado retorno debido al peso de la correa (405,02 lbs) Tfr = Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (33,42 lbs) Tr = 3023,06 lbs + 405,02 lbs - 33,42 lbs = 3428,08 lbs Tr = 3428,08 lbs Nota: la tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (Tfr), en este caso es negativa, ya que es una correa ascendente. Tensión debido a la fricción de las poleas (Tfp): Según las normas de la CEMA, Pág. 87, Tabla 6.5, las tensiones generadas por las poleas son las siguientes: Localización de las
Angulo de arrope de la
Libras de tensión
poleas
banda a la polea
generadas por polea
Lado firme
150º a 240º
200
Lado flojo
150º a 240º
150
Todas las otras poleas
Menos de 150º
100
Tensiones generadas por las poleas
137
En el caso de la banda Nº 2 se tiene las siguientes poleas Polea de amarre: 200 lbs Polea de retorno: = 0 lbs Polea de quiebre y contrapeso: = 0 lbs Tfp = Σ Tensiones generadas por las poleas Tfp = 200 lbs Nota: la fricción generada por la polea motriz no afecta la tensión de la cinta, sin embargo esta debe ser incluida cuando se determina la potencia requerida en el eje del motor (CEMA Pág. 87) Tensión debido a las cortinas delantales y limpiadores (Tfz): Las cortinas delantales son laterales de goma que se colocan en la zona de carga del material a la banda para evitar su derrame. Tfz = 4 Lz + (2B) N Donde; Lz = longitud de las cortinas delantales (0 ft) B = Ancho de la correa (48 pulgadas) N = Número de Limpiadores (2) Tfz = (2x48) 2 = 192 lbs Tfz = 192 lbs
138
Tensión Máxima (T1): T1 = Tc + Tfz + Tfp Donde; Tc = Tensión en el lado de carga (5368,63 lbs) Tfz = Tensión debido a las cortinas delantales y limpiadores (192 lbs) Tfp = Tensión debido a la fricción de las poleas (200 lbs) T1 = 5368,63 lbs + 192 lbs + 200 lbs = 5760,63 lbs T1 = 5760,63 lbs Tensión en el lado flojo ( T2): Donde; T2 = Tr = tensión en el lado del retorno T2 = Tr = 3428,08 lbs T2 = 3428,08 lbs Tensión efectiva (Te): Te = T1 – T2 Te = 5760,63 lbs – 3428,08 lbs = 2332,55 lbs Te = 2332,55 lbs
139
Cálculo de potencia requerida en el tambor motriz (Pt): Se obtiene por: Pt = (Te + Tpm) x V 33000 Donde; Te = tensión efectiva (2332,55 lbs) Tpm = tensión por fricción de la polea motriz (200 lbs) V = velocidad de la banda (915,352 ft/min) Pt = (2332,55 lbs + 200 lbs) x 915,352 ft/min = 70,25 Hp 33000 Pt = 70,25 Hp = 52,39 Kw Potencia del motor (Pm): Pm = Pt/ηt x ηa Donde; ηt = eficiencia de la transmisión (0.94). Pág.163 del CEMA. (Anexo Nº 6) ηa = Eficiencia del acople hidráulico (0,99). Catálogos de fabricantes. Pm = 52,39 Kw 0,94 x 0,99 Pm = 56,29 Kw = 75,48 Hp
140
Cálculos basados en la Capacidad Real: Capacidad de Diseño: Qd = 2600 Ton/hr En toneladas cortas tenemos: Qd = 2600 Ton/hr x 1/0.907 = 2866,59 Tc/hr Qd = 2866,59 Tc/hr Peso del material transportado (Wm) [lb/ft]:
Wm = 33,3 x Qd/V Donde; Qd = capacidad de diseño para el transporte de mineral, en toneladas cortas. (Tc/hr) V = velocidad de la banda transportada (ft/min) Wm = 33,3 x 2866,59 Tc/hr = 104,28 lbs/ft 915,352 ft/min
Wm = 104,28 lbs/ft
141
Peso de la correa (Wb) [ lb/ft]: Cinta de 5 lonas Ancho (b) = 48 pulg. Peso (Wb) = 14 kg/ft (Según taller de correas de Ferrominera Orinoco C.A)
Wb = 14 kg/ft x 2,2046 = 30,87 lb/ft 1 kg
Wb = 30,87 lb/ft Factor (Ky) Factor que tiene en cuenta la resistencia de la flexión de la correa y la carga sobre los rodillos. Según el CEMA, Pág. 82, el factor Ky para este caso es de 0.016 Factor (Kx): Factor de resistencia friccional del movimiento entre los rodillos de carga y la cinta transportadora. Este factor se determina por la siguiente formula: Kx = 0.00068 (Wb + Wm) + ai/si Donde; si = Distancia entre rodillos = 3 ft ai = 1,5 para rodillos de 6 pulgadas de diámetro. Pág. 81 del CEMA Kx = 0.00068 x (30,87 lbs/ft + 104,28 lbs/ft) + 1.5/3 ft = 0,6 Kx = 0.6
142
Factor (Kt): Factor de corrección del medio ambiente al cual esta operando la cinta. Según la figura 6.1 del CEMA, pagina 80, (Anexo Nº 3), el factor Kt = 1 Cálculos de las tensiones: Tensión Mínima (To): To = 6,25 x si x (Wb + Wm) Donde; si = distancia entre rodillos (3 ft) Wb = peso de la correa (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material (104,28 lbs/ft) To = 6,25 x 3 ft x (30,87 lbs/ft + 104,28 lbs/ft) To = 2534,06 lbs Tensión debido al peso del material y la correa, lado de carga (Twc): Twc = H (Wb + Wm) Donde; H = distancia vertical entre polea de cola y polea de cabeza o descarga (13,12 ft) Wb = peso de la banda (30,87 lbs/ft) Wm = peso del material (104,28 lbs/ft) Twc = 13,12 ft (30,87 lbs/ft + 104,28 lbs/ft) = 1773,17 lbs Twc = 1773,17 lbs
143
Tensión debido a la fricción, lado de carga (Tfc): Tfc = L [Kt (Kx + Ky.Wb)] + L.Ky.Wm Donde; L = longitud de la banda transportadora (72,18 ft) Kt = 1 Kx = 0,6 Kx = 0,016 Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Wm = Peso del material transportado (104,28 lbs/ft) Tfc = 72,18 ft [1(0,6 + 0,016 x 30,87 lbs/ft)] + 72,18 ft x 0,016 x 104,28 lbs/ft Tfc = 199,39 lbs Tensión del lado retorno debido al peso de la correa (Twr): Twr = H x Wb Donde; H = Distancia vertical entre polea de cola y polea de cabeza o descarga (13,12 ft) Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Twr = 13,12 ft x 30,87 lbs/ft Twr = 405,02 lbs
144
Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (Tfr):
Tfr = 0,015 x L x Wb x Kt Donde; L = longitud de la banda transportadora (72,18 ft) Kt = 1 Wb = peso de la banda transportadora (30,87 lbs/ft) Tfr = 0,015 x 72,18 ft x 30,87 lbs/ft x 1 Tfr = 33,42 lbs
Tensión en el lado de la carga (Tc): Tc = To + Twc + Tfc Donde; To = Tensión mínima (2534,06 lbs) Twc = Tensión debido al peso del material y la correa, lado de carga (1773,17 lbs) Tfc = Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (199,39 lbs) Tc = 2534,06 lbs + 1773,17 lbs + 199,39 lbs = 4506,62 lbs Tc = 4506,62 lbs
145
Tensión en el lado del retorno (Tr): Tr = To + Twr ± Tfr Donde; To = Tensión mínima (2534,06 lbs) Twr = Tensión del lado retorno debido al peso de la correa (405,02 lbs) Tfr = Tensión en el lado del retorno debido a la fricción de la correa (33,42 lbs) Tr = 2534,06 lbs + 405,02 lbs - 33,42 lbs = 2905,66 lbs Tr = 2905,66 lbs Nota: la tensión en le lado del retorno debido a la fricción de la correa (Tfr), en este caso es negativa, ya que es una correa ascendente. Tensión debido a la fricción de las poleas (Tfp): Según las normas de la CEMA, Pág. 87, Tabla 6.5, las tensiones generadas por las poleas son las siguientes: Localización de las
Angulo de arrope de la
Libras de tensión
poleas
banda a la polea
generadas por polea
Lado firme
150º a 240º
200
Lado flojo
150º a 240º
150
Todas las otras poleas
Menos de 150º
100
Tensiones generadas por las poleas
146
En el caso de la banda Nº 2 se tiene las siguientes poleas Polea de amarre: 200 lbs Polea de retorno: = 0 lbs Polea de quiebre y contrapeso: = 0 lbs Tfp = Σ Tensiones generadas por las poleas Tfp = 200 lbs Nota: la fricción generada por la polea motriz no afecta la tensión de la cinta, sin embargo esta debe ser incluida cuando se determina la potencia requerida en el eje del motor (CEMA Pág. 87) Tensión debido a las cortinas delantales y limpiadores (Tfz): Las cortinas delantales son laterales de goma que se colocan en la zona de carga del material a la banda para evitar su derrame. Tfz = 4 Lz + (2B) N Donde; Lz = longitud de las cortinas delantales (0 ft) B = Ancho de la correa (48 pulgadas) N = Número de Limpiadores (2) Tfz = (2x48) 2 = 192 lbs Tfz = 192 lbs
147
Tensión Máxima (T1): T1 = Tc + Tfz + Tfp Donde; Tc = Tensión en el lado de carga (4506,62 lbs) Tfz = Tensión debido a las cortinas delantales y limpiadores (192 lbs) Tfp = Tensión debido a la fricción de las poleas (200 lbs) T1 = 4506,06 lbs + 192 lbs + 200 lbs = 4898,62 lbs T1 = 4898,62 lbs Tensión en el lado flojo ( T2): Donde; T2 = Tr = tensión en el lado del retorno T2 = Tr = 1992,96 lbs T2 = 1992,96 lbs Tensión efectiva (Te): Te = T1 – T2 Te = 4898.62 lbs – 2905,66 lbs = 1992,96 lbs Te = 1992,96 lbs
148
Cálculo de potencia requerida en el tambor motriz (Pt): Se obtiene por: Pt = (Te + Tpm) x V 33000 Donde; Te = tensión efectiva (1992,96 lbs) Tpm = tensión por fricción de la polea motriz (200 lbs) V = velocidad de la banda (915,352 ft/min) Pt = (1992,96 lbs + 200 lbs) x 915,352 ft/min = 60,83 Hp 33000 Pt = 60,83 Hp = 45,36 Kw Potencia del motor (Pm): Pm = Pt/ηt x ηa Donde; ηt = eficiencia de la transmisión (0.94). Pág.163 del CEMA. (Anexo Nº 6) ηa = Eficiencia del acople hidráulico (0,99). Catálogos de fabricantes. Pm = 45,36
Kw
0,94 x 0,99 Pm = 48,74 Kw = 65,36 Hp
149
En resumen se muestran todos los cálculos requeridos para accionar la banda transportadora Nº 2.
CAPACIDAD DE DISEÑO
CAPACIDAD REAL
Qd = 3250 ton/hr
Qd = 2600 ton/hr
Qdtc = 3583,25 Tc/hr
Qdtc = 2866,59 Tc/hr
Wm = 130,36 lb/ft
Wm = 104,28 lb/ft
Wb = 30,87 lb/ft
Wb = 30,87 lb/ft
Ky = 0,016
Ky = 0,016
Kx = 0,61
Kx = 0,6
Kt = 1
Kt = 1
T0 = 3023,06 lbs
T0 = 2534,06 lbs
Twc = 2115,34 lbs
Twc = 1773,17 lbs
Tfc = 230,23 lbs
Tfc = 199,39 lbs
Twr = 405,02 lbs
Twr = 405,02 lbs
Tfr = 33,42 lbs
Tfr = 33,42 lbs
Tc = 5368,63 lbs
Tc = 4506,62 lbs
Tr = 3428,08 lbs
Tr = 2905,66 lbs
Tfp = 200 lbs
Tfp = 200 lbs
Tfz = 192 lbs
Tfz = 192 lbs
T1 = 5760,63 lbs
T1 = 4898,62 lbs
T2 = 3428,08 lbs
T2 = 2905,66 lbs
Te = 2332,55 lbs
Te = 1992,96 lbs
Pt = 70,25 Hp = 52,39 Kw
Pt = 60,83 Hp = 45,36 Kw
Pm = 56,29 Kw = 75,48 Hp
Pm = 48,74 Kw = 65,36 Hp
Tabla Nº 8
150
Selección de motor. • Motor General Electric. GE La corporación General Electric posee gran variedad de diseño de motores, sin embargo, para aplicaciones de minería, los más recomendados son los tipos TEFC. Mediante las tablas de selección de motores de la GE se determinaron las características del motor eléctrico conveniente para trabajar en el sistema de accionamiento de la cinta Nº 2. CARACTERÍSTICAS DE PLACA DE MOTORES ELÉCTRICOS. Tabla Nº 9.
Equipo: DISEÑO DE CINTA Nº 2 No.
Accionamiento: CINTA TRANSPORTADORA
Tipo de Máquina: MOTOR DE IND. CORRIENTE ALTERNA.
Cojinete lado Acople: 70BC03JP3 = 6314
Marca: GENERAL ELECTRIC
Cojinete lado de tapa: 65BC03JP3 = 6313
Serie: TRICLAD Potencia (HP): 75
Clase de aislamiento: F
Voltaje Primario (Volts):230/ 460 VAC
KVA/HP (Loked KVA CODE): G
Intensidad de corriente primario (Amp): 178/ 89
Servicio (Duty): Continuo
Voltaje secundario (Volts):
Tipo (Type):K
Intensidad de corriente secundario (Amps):
Armazón (frame): 365T
Voltaje de Excitatriz (Volts):
Max temperatura ambiente (T. ambiente): 40ªC
Intensidad de corriente de excitatriz (Amps):
Incremento tem(Tem. Rise):
Resistencia de campo (ohms):
Lubricante: -
Tipo de Devanado:
Modelo (model): 5K365B220504
Factor de servicio (S.F): 1.15 Diseño NEMA (DESIGN): B
Serial: 006674220
Tipo de carcasa (ENCL): TE-
Catalogo No:
Velocidad (r.p.m): 1.780
Fase: 3
N POLOS:
Frecuencia: 60 HZ
Max. Velocidad (Max safe apeed):
Peso de la máquina:
Eficiencia: 95.7
Factor de potencia:
151
Selección del reductor FALK La corporación Falk para la selección de reductores toma en cuenta una serie de factores relacionados con las horas de trabajo por día al cual estará sometido el equipo, la temperatura a la cual operara, la velocidad del aire en el área a instalar y la altitud con respecto al nivel del mar. El método de selección mediante el catalogo es el siguiente: Paso 1: selección del tipo de reductor. Consiste en determinar la configuración de los ejes del reductor mas adecuada para la aplicación, ya que esta puede ser perpendicular, paralela y con eje de salida vertical u horizontal. Se puede instalar tanto de ejes perpendiculares como paralelos con eje de salida horizontal, por esta razón se procederá a la selección de los dos tipos de reductores para posteriormente evaluar las alternativas. Los tipos de reductores a utilizar en cuenta la configuración de los ejes y según la Pág. 13 del catálogo Falk (Anexo Nº 12) son: Tipo A, reductor de ejes sólidos paralelos con salida horizontal Tipo AB, reductor de ejes sólidos perpendiculares con salida horizontal. Paso 2. Determinación del tamaño usando el método de selección con los Hp. En este caso se utilizarán los Hp de potencias requeridas para accionar la cinta transportadora con el propósito de determinar por medio de la página 24 y 66 del catálogo Falk (Anexos Nº 13 y 14), el tamaño de los reductores a utilizar.
152
Para llevar a cabo este paso, primero se requiere multiplicar la potencia requerida para accionar la cinta transportadora por el factor de servicio (factor que toma en cuenta la cantidad de horas en operación del reductor) que es 1,25 extraído del anexo Nº 15. La potencia requerida por el reductor tomando en cuenta dicho factor es la siguiente: 52,39 Hp x 1,25 = 65,49 Hp Otro de los datos requeridos para la selección del tamaño del reductor es el ratio, el cual se calcula dividiendo las revoluciones por minutos de entrada al reductor y las revoluciones por minutos de salida del mismo. Ratio = 15:1 Utilizando los datos anteriormente calculados y por medio de las tablas de selección de reductores (Anexo Nº 13 y 14) se procedió a la selección de los reductores de tipo A y AB llegando a la conclusión de que se requiere un reductor tamaño 405 de triple reducción para los reductores de ejes paralelos y perpendiculares Paso 3. Chequeo de potencia térmica En este paso consiste en chequear la potencia térmica del equipo seleccionado tomando en cuenta los factores de coerción, para determinar si se requiere un sistema de enfriamiento y en caso de que así sea, establecer cual es el adecuado. Pt = Pr x f2 x f3 x f4 x f5
153
Donde; Pt = potencia térmica. Pr = potencia requerida para accionar la banda multiplicada por el factor de servicio = 65. 49 Hp f2 = factor de corrección por la altitud a la cual operará el equipo respecto al nivel del mar. f2 = 1 (Anexo Nº 15) f3 = factor de temperatura a la cual opera el equipo. La cinta Nº 1 operará a un promedio de 85 ºF por lo tanto f3 = 1 (Anexo Nº 15) f4 = factor de ventilación. El sistema motriz de la cinta Nº 1 se encuentra expuesto a las corrientes de aire libre por lo tanto f4 = 1.00 (Anexo Nº 15) f5 = factor del ciclo de rendimiento. Factor que toma en cuenta el porcentaje de operación por hora de la cinta transportadora (80%). f5 = 1.05 Pt = 65.49 Hp x 1 x 1 x 1 x 1.05 = 68.77 Hp Para una potencia térmica de 68.59 Hp las tablas de las paginas 34 y 35 del catálogo Falk (Anexos Nº 16 y 17) nos indica que tanto el reductor de ejes paralelos como el de ejes perpendiculares requieren un sistema de enfriamiento con un ventilador eléctrico. Selección del Acople. Los acoples a utilizar serán marca Falk tipo hidráulico,
debido a que el
funcionamiento de los mismo han resultado eficiente en comparación con otras marcas usadas en C.V.G Ferrominera Orinoco C.A.
154
Las tablas para la selección del mismo (Anexo 22) toma en consideración la potencia, las revoluciones por minuto del eje del motor y el factor de arranque, el cual es de 1.20 y 1.40 para cintas transportadoras. El tipo de acople a utilizar será del tipo HFN & D, debido a que satisface la necesidad existente. Tomando en cuenta los parámetros ya mencionados, y mediante la tabla de selección, se pudo determinar las características del acople hidráulico a utilizar, las cuales son: Tamaño: 370 Porcentaje de deslizamiento: 3.1 Ángulo de llenado: 72º Polea motriz y eje. La polea motriz que se requiere colocar en este sistema será tomado de los parámetros de la velocidad de la cinta transportadora. V = 279 m/min = 279 m/min x 1min/60 seg. = 4,65 m/s R.P.M = motor 1780, Reductor 15:1, Ws = 1780/15 = 118,67 R.P.M Potencia 75 Hp V=WxR R = V/Wxп/30 = 4,65 m/s/118,67 x п/30 = 0,374 m = 14,72 pulg. x 2 = 29,44 = 30 pulg
155
Peso equivalente del conveyor: Cinta Nº 2 Hallemos primero, los pesos reales aproximados de todos los componentes rotatorios. Por ser la cinta Nº 2 de longitud muy pequeña 22 m, solo se le coloca polea de cabeza y de cola. V = 279 m/min = 279 m/min x 1 min/60 seg. = 4,65 m/seg. R.P.M motor = 1780 Reductor: ratio 15:1 Ws = 118,67 R.P.M Potencia = 75 HP V = W x R despejamos R = V/W.п/30 = m/s R = 4,65 118,67 x п/30
= 0,374 m = 14,72” x 2 = 29,44”
R = 29,44” = 30” “Diámetro de polea motriz 26” Asumo diámetro 30” estandarizado en el manual del CEMA. Tabla 8.2, Pág. 234. Para la polea motriz, con diámetro 30” por 51”, cubo máx. de 5”, el peso es de 750 lbs (estimado de la tabla 8-1. según manual del CEMA. Pág. 232). Para la polea de cola, con diámetro 30” por 51”, cubo máx. de 5”, el peso es de 750 lbs (estimado de la tabla 8-1. según manual del CEMA. Pág. 232). Total de las 2 poleas = 750 + 750 = 1500 lbs.
156
Este peso es aproximado, y para una mejor precisión se debe recurrir al fabricante quién podrá suministrar los pesos reales; el peso de las poleas incluye todos los elementos que conforman el conjunto polea (discos centrales y terminales, cubos, ejes, etc.). Un método aproximado bastante aceptado es el de usar para el peso equivalente, 2/3 del peso total real, luego: 2/3*1500 = 1000 lbs será el peso equivalente de las poleas del conveyor (incluyendo la motriz). Para los bastidores acanalados, de la tabla 5-13, para 48” de ancho de correa y clase E6, el peso equiv. Es 81.9 lbs, luego: 81.9*(72,18 ft/3 ft de espaciamiento) = 1970,51 lbs. Para los de retorno, de la tabla 5-14, correa de 48”, clase C6, el peso equiv. Es de 48.4 lbs, luego: 48.4*(72,18 ft/10 ft de espaciamiento) = 349,35 lbs. Para la cinta en el camino de carga, de la tabla 6-1: (30,87 lbs/ft)*(72,18 ft) = 2228,20 lbs. Para la cinta en el camino de retorno, (30,87 lbs/ft)*(72,18 ft + 1,11 ft) = 2262,46 lbs. Luego el peso total equivalente del conveyor es = 7810,52 lbs La carga del material (150,91 lbs por ft) * (72,18ft) = 10892,68 lbs Ahora el peso total del conveyor mas la carga de la cinta = 18703,20 lbs
157
Cálculos de la cercha de la CINTA Nº 2 La disposición de la cinta transportadora es como se muestra en la siguiente figura Nº 1:
T1 T0 TE
5º
T2
Figura Nº 37
T0 = tensión mínima T1 = tensión máxima T2 = tensión en el lado flojo T3 = tensión efectiva
Condiciones de Diseño 3023,06 lbs 5760,63 lbs 3428,08 lbs 2332,55 lbs
Condiciones de Reales 2534,06 lbs 4898,62 lbs 2905,66 lbs 1992,96 lbs
La secuencia de diseño de la estructura o cercha de apoyo de la cinta transportadora es la siguiente: •
Determinación de todas las cargas de diseño que se ejercen sobre las estructuras.
•
Determinación de las fuerzas sobre las barras de la estructura.
•
Determinación de los elementos sometidos al mayor esfuerzo.
•
Diseño de los tirantes, diagonales, pares.
Procedimiento para el cálculo de las fuerzas sobre los apoyos y de los elementos que constituyen la cercha.
158
Debido a que la carga esta distribuida por los pares y como se estableció como condición que las cargas actúan en los nodos de la estructura, entonces las cargas puntuales actúan como se muestra en la figura siguiente. 18000 mm P
P/2 1
P
P
P
3
P
7
5
RA
P 9
11
P
P
P
P
13
P
P/2
15 2
17
19
4
21 6 8
1494
23
24
22
RB
10 12
14 16
2988
18 20
4482 5976 7470 8964 10458 11952 13446 14940 16434 17928
Figura Nº 38 Nota: La estructura completa esta compuesta por módulos con estas dimensiones, por lo tanto se toma el tramo más crítico de la cercha para el cálculo de la misma.
159
Donde P/2=Qt . L/2 Tenemos que la carga total es = 18703,20 lbs = 259,12 lbs/ft Longitud de la cinta es = 72,18 ft Le sumamos 26 lbs/ft (pasillo y viga de apoyo) nos da: 285,12 lbs/ft = 285 lbs/ft Ahora P = 285 lbs/ft x 4,92 ft = 1402 lbs P/2 = 701 lbs Para la determinación de las reacciones RA y RB en los puntos de apoyo de la estructura soporte de la cinta transportadora, se recurre a la aplicación de las ecuaciones de equilibrio de la estática, sumatoria de momento con respecto a un punto y sumatoria de fuerzas en un sentido, tal como establece el método de Ritter.
+
ΣMA = 0 17928 x RB – 17928 x (P/2) – 98604 x P = 0 RB = 17928 mm (701 lbs) + 98604 x (1402 lbs) 18000 mm RB = 8378,35 lbs. +
ΣFY = 0 RA + RB – P x 11 = 0 RA = (1402 lbs x 11) – 8378,35 lbs = 7043,65 lbs.
160
Cortamos entre los nodos 12 - 14 P
P
P
15
1500 mm = 4,92 ft
P
P P/2
12 F16 -18
14
RB 1494 2988
4482
5976 7470 8834 8964
Sumatoria de momento con respecto al nodo 15:
+
ΣM15 = 0 8834 x RB – 8964 x (P/2) – 22410 x P – 1500 x F12-14 = 0 F12-14 = - 8964 (701 lbs) – 22410 (1402 lbs) + 8834 (8378,35lbs) 1500 mm F12-14 = 24207,84 lbs = 10980,51 Kg
161
Cortamos entre los nodos 10 - 12
P
P
P
13
1500 mm = 4,92 ft
F10 -12
P
10
P/2
12
RB 1494 2988 4482 5976
7340 7470
Sumatoria de momento con respecto al nodo 13: +
ΣM13 = 0 7340 x RB – 7470 x (P/2) – 14940 x P – 1500 x F18-20 = 0 F10-12 = - 7470 (701lbs) – 14940 (1402 lbs) + 7340 (8378,35 lbs) 1500 mm F10-12 = 23543,16 lbs = 10679,02 Kg
162
Una vez obtenida la magnitud de las reacciones de los apoyo sobre la cercha se procedió al cálculo de las fuerzas en los elementos que constituyen la cercha en la cinta Nº 2, luego se determino cual es la barra critica mediante la sumatoria de los momento en los nodos críticos, logrando obtener que los elementos críticos están entre las barras 12 – 14. Selección del perfil a utilizar para la cercha de soporte de la cinta La selección del tipo de perfil que se utilizara para la cercha se basa en el estudio del esfuerzo que se produce en la barra más crítica, con la determinación de esta barra se seleccionará para los demás perfiles con las mismas características. En principio se evaluará el tipo de perfil con que cuenta las demás cercha de la cinta con el fin de conservar la uniformidad, si este tipo de perfil no cumple con las condiciones se procederá a la escogencia de otro que si cumpla con los requerimientos. Del análisis de fuerza realizado anteriormente mediante el método de las secciones, se determino que la barra mas critica es la localizada entre los nodos 12 – 14, por lo que a este elemento se le realizará el estudio de esfuerzo. Presentando el estudio de tracción de 10980,51 Kg. A esta barra se le evaluará con un perfil doble L 75 x 75 x 8 de acero A36. (Anexo 18).
P
P
Longitud de la barra = 1500 mm = 150 cm Fuerza sobre la barra = 24207,84 lbs = 10980,51 Kg Perfil a utilizar = L 75 x 75 x 8 doble Material del perfil = Acero A-36, Fy = 2500 kg/cm2 (Anexo 18. Pto. Cedente)
163
Características del perfil: Área = 23 cm2, r = 2,26 cm, C = 5,30 cm Área necesaria a tracción simple A1 = P/Ft = 10980,51 kg/0,6 x 2500 kg/cm2 = 7,32 cm2 Área necesaria a flexión (Perfil L 75 x 75 x 8) A2 = M x C = (12041 Kg.cm) x Fb
r2
0,6 x 2500kg/cm
5,30
cm
(2,26 cm)2
A2 = 8,33 cm2 Área total necesaria en la sección del perfil es: A ≥ A1 + A2 A ≥ 7,32 + 8,33 = 15,64 cm2 Diagonales (Perfil 65 x 65 x 6) Área necesaria a tracción simple A1 = P/Ft = 11614 Kg/0,6 x 2500 Kg/cm2 = 7,74 cm2 Área necesaria a flexión (Perfil L 75 x 75 x 8) A2 = M x C = (7453,86 Kg.cm) x Fb
r2
0,6 x 2500kg/cm
5,30 cm (2,26 cm)2
A2 = 5,89 cm2
Área total necesaria en la sección del perfil es: A ≥ A1 + A2 A ≥ 7,74 + 5,89 = 13,63 cm2 15,64 ≥ 13,63 por lo tanto si cumple.
164
Embudo divisorio o pantalón Para las modificaciones estructurales planteadas se necesita un electrodo de diámetro entre 6 y 8 mm, una intensidad de corriente de 200-400Amp para soldar las partes a unir, ya que el espesor de la chapa es de 12.7mm
Fig. Nº 38. Esquema del embudo divisorio o pantalón Los esquemas mostrados en la figura 18 muestra las 3 partes del embudo divisorio (en color verde líneas visibles, morado representa líneas ocultas) y las dimensiones finales que deben tener las partes.
165
Mantenimiento de cintas transportadoras Es el conjunto de acciones que permiten conservar o restablecer un sistema productivo a un estado específico, para que pueda cumplir un servicio determinado. Problemas, causas y correcciones en cintas transportadoras en general CAUSAS…
PROBLEMA
en
orden
probable de presentación a) La correa sale
hacia un lado en un punto
determinado de la estructura
5
4
1
2
3
44
6
7
-
-
-
-
considerable o a todo lo largo del transportador
39
8
5
1
2
3
d) La correa se desvía en la polea de cola
39
10 1
-
-
-
e) La correa se desvía en la polea de cabeza
33
10 1
3
-
-
f) La correa patina
34
33 31
10
4
-
g) La correa patina en el arranque
34
31 33
-
-
-
h) Excesivo estiramiento de la correa
41
42 43
12
32 35
i) Raspaduras, rasgaduras o peladuras de cubierta sup.
13
14 15
16
-
j) Excesivo desgaste parejo de la cubierta superior
19
20 10
8
36 -
k) Desgaste severo de la cubierta inferior de la polea
4
9
17
11 27
paralelas al borde
4
10 9
33
-
-
m) Endurecimiento o craqueo de cubiertas
23
37 -
-
-
-
21
-
-
-
-
b) Alguna sección en particular se desvía hacia un lado en una distancia considerable o a todo lo largo del transportador c) La correa se desvía hacia un lado en una distancia
10
-
l) Hundimientos o cortadas en la cubierta inferior
n) Ablandamiento de cubierta en cierto lugares a lo largo de la correa
166
-
o) Roturas transversales cerca o en las grapas. Las grapas se zafan
24
22 12
13
-
-
p) Falla del empalme vulcanizado
38
30 12
17
25 -
q) Excesivo desgaste de las orillas. Orillas rotas
8
10 40
7
-
-
r) Roturas transversales en las orillas de la correa
18
25 26
-
-
-
armazón
16
17 -
-
-
-
t) Separación de capas
29
30 23
-
-
-
u) Fatiga del armazón en la unión de los rodillos
25
26 27
28
29 36
21 -
-
-
s) Roturas en forma de estrella o transversales en el
v) Formación de vejigas en cubiertas o vejigas de arena 45
-
CAUSAS………………………………………………….……..SUS SOLUCIONES 1. Poleas o rodillos descuadrados con respecto a la correa………….Reajuste las partes en el área afectada. 2. Estructura del transportador torcida…………….……...Endurece el área afectada. 3. Uno o más rodillos descentrados…………………………..Reajuste los rodillos en el área afectada. 4. Rodillos
atascados……………………………………...Repare
rodillos
y
mejore mantenimiento y lubricación. 5. Acumulación de material sobre la superficie de los rodillos………Elimine el material; mejore mantenimiento; instale algún mecanismo de limpieza. 6. La correa no esta unida a escuadra…………………..Empalme de nuevo cortando a escuadra. 7. Correa torcida………………………..………………...Para correas nuevas esta condición debe desaparecer durante el periodo de arranque. Es muy raras ocasiones debe reemplazar la correa. Evite rollos telecopiados.
167
8. Carga
descentradas…………………………………….…Ajuste
el
chute
adecuadamente descargue el material en la misma dirección del viaje de la correa, a la velocidad de la correa. 9. Patinaje en la polea motriz…………………………...….Aumente tensión; aumente arco de contacto; recubra la polea. 10. Derrame y acumulación del material………………..………Mejore las condiciones de carga; instale dispositivos de limpieza; mejore mantenimiento. 11. Cabezas de pernos sobresalen del recubrimiento de la polea…….Apriete los pernos; reemplace el recubrimiento. 12. Tensión demasiada alta…………………………..……Aumente velocidad con igual tonelaje; reduzca tonelaje a igual velocidad; disminuya la tensión aumentando el arco de contacto. 13. Faldones laterales mal ajustados o de materiales incorrectos (guías laterales)…..................................................................................Ajuste
los
faldones a un mínimo de 1 pulg. entre metal y correa; use faldones laterales de goma no de correas viejas. 14. Pandeo de la correa al impacto de carga……………………Instale rodillos amortiguadores de carga. 15. Material retenido dentro o abajo del chute………………..Mejore el método de carga para reducir el derrame de material; chute más ancho. 16. Impacto del material sobre la correa…………………………..Reduzca el impacto mejorando el diseño del chute; instale rodillos de impacto. 17. Material atrapado entre correa y polea…………………..Instale desviadores o raspadores en el lado de retorno antes de la polea de cola. 18. Cantos de las correas se pliegan sobre la estructura…………Las mismas correcciones que para 1, 2, 3; provea más espacio. 19. Rodillos de retorno sucios, atorados, desalineados…………………..Quite acumulaciones; instale mecanismo de limpieza; mejore manteniendo lubricación.
168
20. Mala calidad de cubierta………………..…………………Reemplace con correa de mayor espesor de cubierta o de mejor calidad. 21. Derramamiento de aceite o grasa………………………Sobre lubricación de rodillos; inspeccione las graseras. 22. Tipo inadecuado de grapas o las grapas están demasiados flojas o demasiado apretada………………………………………Use
las
grapas
adecuadas;
implemente inspección regular de las grapas. 23. Calor o daño químico………………………………….Aplique la correa adecuada a las condiciones especificas. 24. Grapas demasiados grandes para el tamaño de las poleas…...Reemplace con grapas más pequeñas; aumente el tamaño de las poleas. 25. Paso inadecuado entre correa y polea terminal…………………Ajuste la distancia de acuerdo al manual. 26. Curva convexa muy severa………………………..Disminuya distancia entre rodillos en el área de la curva; aumente radio de curvatura. 27. Excesivas inclinación de los rodillos acanaladores………….Reduzca la inclinación a no más de 2º de la vertical. 28. Demasiado
intervalo
entre
rodillos
(entre
laterales)..............................................................….Reemplace
central los
y
rodillos;
cambie a correa más pesada. 29. Rigidez transversal insuficiente……...…..……..…Cambie la correa adecuada. 30. Poleas demasiados pequeñas………..........Coloque poleas de diámetro mayor. 31. Tensión inadecuada…………….……………......….Ajuste la tensión correcta. 32. Contrapeso demasiado pesado…………...…….....….Elimine el peso sobrante. 33. Revestimiento de la polea desgastado……….........……….Póngale uno nuevo. 34. Tracción insuficiente entre correa y polea…………….Recubra aumente ángulo de contacto; instale dispositivo de limpieza.
169
la polea;
35. Mal diseño de la correa………………………………Calcule nuevamente tensiones y seleccione la correa adecuada. 36. Pandeo Excesivo de
la correa entre rodillos que ocasiona problemas de
sobrecarga………………………………………….…..Aumente la tensión si es posible; disminuya espacio entre rodillos. 37. Almacenaje o manejo inadecuado……………….….......Consulte a su técnico. 38. Correa mal empalmada…………………....………..Empalme adecuadamente. 39. Correa descentrada cerca de la polea de cola y área de carga……..Instale rodillos alineadores del lado de retorno antes de la polea de cola. 40. La correa golpea la estructura del transportador…………………Instale rodillos alineadores del lado de la carga y retorno. 41. Instalación inadecuada de la correa que causa aparente estiramiento excesivo……………………………………………….…..Trabaje la correa con el contrapeso mínimo para que no patine. 42. Colocación inicial inadecuada del contrapeso que causa aparente estiramiento excesivo……..………………………………………..…Consulte a su técnico. 43. Longitud inadecuada del tensor de contrapeso………………Consulte los catálogos con respecto a esta longitud. 44. Estructura desnivelada…………………………………………….Nivele la estructura en el área afectada. 45. Pequeños cortes de la cubierta permiten que el material muy fino penetren debajo
de
la
cubierta
y
provocan
su
desprendimiento
del
armazón……………………………………...Haga reparaciones pertinentes.
170
Conclusiones
A lo largo del proyecto, se ha podido observar que debido a las condiciones actuales del proceso en el sistema de transportación de mineral y el tiempo necesario en el Procesamiento del mineral de hierro de Ferrominera Orinoco C.A, se Diseñaron dos (2) cintas transportadoras en lugares estratégicos para lograr el avance y la necesidad inmediata de solucionar una propuesta en el traslado de mineral en la empresa. De igual manera el embudo divisorio ayuda a agilizar el traslado del mineral de diferentes tipos de una manera rápida y efectiva, debido a sus diversas compuertas o divisiones en el momento del vaciado del mineral para el traspaso hacia otra dirección.
La propuesta de diseño de dos (2) cintas transportadoras y el embudo divisorio para la interconexión de la fosa multipropósito con la línea de producción es un diseño viable y factible que se pueda aplicar de manera inmediata en la empresa, debido a que esta propuesta esta enmarcada en las necesidades de la misma y cubre con las necesidades planteadas al inicio del proyecto, esto se debe porque a la hora de diseñar se tomaron en cuenta elementos existentes en inventario (motores, rodillos, acoples, reductores) y recursos económicos disponibles para su fabricación y puesta en marcha.
Esta propuesta fue viable ya que se puede realizar en muy poco tiempo, la inversión monetaria es relativamente pequeña si tomamos en cuentas que se tiene dentro de la empresa una gran cantidad de maquinarias y equipos disponibles, es decir no se arranca desde cero, si no que, se adecua equipos existente sin uso, logrando que esta inversión sea relativamente económico y soluciona la propuesta presentada a un corto plazo.
171
Además con el buen funcionamiento del sistema se lograra procesar grandes toneladas anuales de mineral de hierro, acelerando su transportación.
En datos generales de diseño se puede observar que la información existente sobre el sistema es completamente nueva, las variables principales fueron diseñadas de acuerdo a las necesidades solicitadas, ya sea su longitud, características del material a transportar,
la productividad de la cinta, etc. Las cerchas fueron
diseñadas con acero estructural A-36, con referencia a la estructura están básicamente diseñadas con perfiles L 75, L 90, respectivamente.
Para terminar, este diseño es de fácil mantenimiento y por todo lo expuesto anteriormente el diseño de estas dos (2) cintas transportadoras y un embudo divisorio para la interconexión de la fosa multipropósito con la línea de producción es de alguna manera la mejor solución viable para seguir obteniendo la propuesta anual de la empresa, nuevo record de producción.
De acuerdo a esta investigación se elaboraron los planos correspondientes de las cintas diseñadas y el embudo divisorio.
172
Recomendaciones
Para el buen funcionamiento y alargar la vida de los elementos existentes en las cintas se recomienda: 9 Realizar mantenimiento preventivo y predictivo con regularidad al sistema para prevenir el máximo de fallas posible. 9 Al momento del montaje del sistema de accionamiento en las cintas transportadoras, verificar el dimensionamiento establecido en los cálculos realizados y los planos, ajustar en el área en el caso de ser necesario. 9 Diseñar un sistema de extracción de polvo, para así lograr alagar la vida de los elementos mecánicos existentes. 9 Se recomienda la eliminación de grapas y la utilización de empalmes vulcanizados. 9 Limpiar los embudos divisorios internamente para evitar la acumulación de material.
173
Bibliografía
1. SHIGLEY, JOSEPH E. Y MITCHELL, LARRY d. 1994. Manual del diseño mecánico. 4ta edición mac graw-hill, méxico. 2. ROBERT L. MOTT, Diseño de elementos de maquinas, segunda edición, prentice hall hispanoamericana, s.a. traducido por Arturo Córdova just. 1995. 3. CARLOS M. HERRERA A. Introducción al diseño mecánico, trabajo de ascenso. 4. HIERROBECO C.A. Catálogo de productos siderúrgico. 5. MECFERDINAND P. BEER, RUSELL JOHNSTON. Mecánica vectorial para ingenieros, mc grae hill, 5a edición, traducido por: jorge César Rodríguez Orozco.1990. 6. FALK. Catálogo SPC 88 FALK. 7. Conveyor Equipment Manufacturers Association (CEMA) Belt Conveyor For Bulk Materials 1ra Edition, 1997. 8. L. BISIER Y G. SANSON. Manual Del Taller De Alineación De Cintas Transportadoras de Ferrominera Orinoco C.A. 9. Internet. Buscadores: i. http://www.google.com ii. http://www.monografías.com
174
ANEXOS
175
Anexo 1
Anexo Nº 2
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 89 Fig.6.1.
176
Anexo Nº 3
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 81 Tabla 6-2.
177
Anexo Nº 4
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 98.
Anexo Nº 5
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 100.
178
Anexo Nº 6
Esta tabla puede diferir de los valores que presentan los fabricantes de esos mecanismos; sin embargo como se señaló antes, los valores presentados cubren de algún modo las condiciones adversas que se presentan en campo.
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 181.
179
Anexo Nº 7
Factor de envoltura (Cw) según el arco de contacto.
Type of Pulley
Arco de
Drive
Contacto
Single, no snub
180º
Automatic Takeup
Manual Takeup
Bare
Lagged
Bare
Lagged
Pulley
Pulley
Pulley
Pulley
0.84
0.50
1.2
0.8
Single with
200º
0.72
0.42
1.0
0.7
snub
210º
0.66
0.38
1.0
0.7
220º
0.62
0.35
0.9
0.6
240º
0.54
0.30
0.8
0.6
380º
0.23
0.11
0.5
0..3
420º
0.18
0.08
-
-
Dual*
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 pagina 105. Arco de Contacto según el tipo de accionamiento
Type of Drive
Assumed Wrap
Single-no snub
180º
Single-with snub
210º
Dual
380º
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 105.
Anexo Nº 8
Fuente: CEMA Primera Edición, 1997 Pagina 116.
180
Anexo Nº 9
Fuente: Dodge & R.J. Dick. Pagina CC-45.
Anexo Nº 10 Diámetro mínimo de polea NO conducida.
Diámetro
Libras por pulgadas
(Pulgadas)
Diámetro
Libras por pulgadas
(Pulgadas)
8
80
18
180
10
100
20
200
12
120
24
240
14
140
30
280
16
160
36
350
Fuente: Dodge & R.J. Dick. Pagina CC-44.
181
Anexo Nº 18
182
Anexo Nº 11
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
CINTA Nº 1 CINTA Nº 2
193
ALTURA PARA EL PASO DE VEHICULOS PESADOS
194
195
EMBUDO DIVISORIO
EMBUDO DIVISORIO
8024 C
1204 1305
5004
196
CINTA Nº 1 Y 2
CINTA Nº1
CINTA Nº2
EMBUDO DIVISORIO
