UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA
FACULTAD DE TECNOLOGIA
PRIMER PROYECTO PARA LA MATERIA DE MAQUINAS DE ELEVACION Y TRANSPORTE
DISEÑO, CÁLCULO Y SELECCIÓN DE UNA CINTA TRASNPORTADORA
Pertenece a: Freddy López Vásquez De la carrera de: Ing. Electromecánica Docente de la materia: Ing. Fernando Torrez G.
Septiembre de 2005 Sucre-Bolivia
CÁLCULO Y DISEÑO DE UN TRANSPORTADOR DE BANDA INTRODUCCIÓN En el transporte de materiales, materias primas, minerales y diversos productos se han creado diversas formas; pero una de las más eficientes es el transporte por medio de bandas transportadoras, ya que este elemento es de una gran sencillez de funcionamiento, que una vez instaladas en condiciones optimas suelen dar pocos problemas mecánicos y de mantenimiento. Los rodillos transportadores son elementos auxiliares de las instalaciones de banda, cuya misión es de servir en forma de cama para la cinta más o menos continua y regular para conducirlo a otro punto. Son aparatos que funcionan solos, y que no requieren generalmente de ningún operario que manipule directamente sobre ellos de forma continuada.
Objetivos del diseño: • Cálculo y diseño de una cinta transportadora para latas y para pescado en trozos, para enlatado manual en una pequeña enlatadora dentro de un galpón. • Selección del tipo de cinta que se adapta a las condiciones de trabajo más adecuado. • Cálculo y selección de los rodillos de la cinta transportadora. • Cálculo y diseño de un reductor de velocidad que se requiere para transmitir potencia del motor eléctrico a la transportadora de cinta. • Cálculo y diseño de la estructura metálica para la cinta, los rodillos, el motor y demás componentes. • Seleccionar el tipo de motor mas apropiado para la transmisión de potencia. FUNCIONAMIENTO DE UNA CINTA TRANSPORTADORA: 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. 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. Este tipo de transportadoras continuos 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.
Para el caso en estudio se utilizara cintas fijas, una plana superior y otra inferior acanalada. 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), el tambor motriz produce el torque necesario para mover la cinta. CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO a) TENSIÓN. Una cinta transportadora es 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: Ø La tensión debe vencer la fricción de la correa y de los componentes en contacto con ella. Ø La tensión debe vencer la fricción de la carga, y Ø La tensión debe aumentar o disminuir debido a los cambios de elevación.
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.
Figura a) Cinta tiesa, trabajo inapropiado.
Figura b) Cinta flexible, trabajo apropiado.
Figura esquemática de los componentes de una cinta transportadora.
Definición de componentes pertenecientes a la cinta transportadora: a) Estructura soportante: 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. b) 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 propiamente tal, que le da el nombre a éstos equipos, 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. · Polines: generalmente los transportadores que poseen éstos elementos incorporados a su estructura básica de funcionamiento, son del tipo inerte, la carga se desliza sobre ellos mediante un impulso ajeno a los polines y a ella misma. c) Elementos motrices: el elemento motriz de mayor uso en los transportadores es el del tipo eléctrico, variando sus características según la exigencia a la cual sea sometido. Además del motor, las poleas, los engranajes, el motorreductor, son otros de los elementos que componen el sistema motriz.
d) Elementos tensores: es el elemento que permitirá mantener la tensión en la correa o banda, asegurando el buen funcionamiento del sistema. e) 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. CÁLCULOS GENERALES DE LA CINTA TRANSPORTADORA Son dos transportadores de cinta, que pertenecen a una mesa de enlatado manual, uno sobre del otro, en el superior se transporta latas vacías para abastecer a los operarios para su posterior llenado con pescado, dicho pescado va en la cinta inferior. Las características del equipo a diseñar son las siguientes. • Producción de la maquina de 120 latas/min, cada lata pesa 200 gramos. • Se usaran anchos de cinta de 12 pulg, el ancho de tambores y polines será 2 pulgadas mas que el ancho de cinta respectivo y el ancho del transportador es 4 pulgadas mayor que el ancho de la cinta transportadora. • Diámetros de tambores de tracción disponibles 6 pulg y 8 pulg. • Diámetros de tambores de retorno disponibles 2, 4 y 6 pulg. • Para el mecanismo de tesado se utilizara tambores de 4 y 6 pulgadas. • Motores eléctricos disponibles, ½ hp, 1, 2 y 3 hp. • Soportes estructurales en H. Consideraciones.Las cintas usadas serán de goma resistentes a la humedad ya que el ambiente es húmedo y más aun la cinta que estará en contacto con el pescado, además son fuertes y durables, los anchos de cinta según patrón son desde 300, 350 …hasta…1000 y 1300 mm. Sus características de algunas se dan en la siguiente tabla. Clase de cinta De pelo de camello De tejido de algodón De cáñamo tejido De goma
Resistencia a la rotura en Kg/cm2 300 350 400-500 500
Peso especifico en Kg/cm3 1000 750-800 750-800 1100
Las latas se transportaran en la cinta de arriba y es considerada como carga por pieza en la tabla (recortada) a continuación se dan aclaraciones correspondientes. Distancia entre rodillos de apoyo para cargas por pieza Ancho de la Diámetro de los rodillos 90 mm cinta en Carga media Carga max. Distancia entre mm. en Kg por en Kg por rodillos en mm metro lineal metro lineal 300-350 12-25 30 1350 400-450 26-40 35 1350
Diámetro de rodillos normalizados en función del ancho de la cinta de 300 mm coincidente con 12 pulg.
Los pescados se transportaran en la cinta de abajo y es considerada como carga a granel en la tabla (recortada) a continuación se dan aclaraciones correspondientes. Distancia entre rodillos de apoyo para carga a granel Ancho de la Distancia A en mm Distancia γ hasta 1 γ de 1 – 1.5 γ de 1 – 1.5 cinta en B en mm mm. 300-350 2000 1750 1500 4000 450-500 1800 1600 1400 3750
La carga que conviene tomar para cada centímetro de ancho de una cinta de goma es de 4.3 a 6 Kg. Para carga por piezas la capacidad de transporte se determina por la formula. Gv Q ≡ 3600 t/h a G : peso de una pieza en t. 200 gr. 1Kg/1000 gr. 1t/1000 Kg = 0.0002 t v : velocidad de la cinta en m/s. 0.5 a : distancia entre los centros de los elementos de la carga en m. 0.1 0.0002 * 0.5 Q ≡ 3600 = 3.6 t / h 0.1 Una tonelada es igual a 907.18 Kg y 1000 Kg es igual a un metro cúbico, por tanto: 3.6 t/h es igual a 3.26 m3/h La capacidad de los transportadores de cinta acanalada se indica en la tabla siguiente. ancho de la cinta en cm 30 35 45
Tamaño max. de los terrones No uniforme cm. 5 8 13
Velocidad max. de la cinta m/min. 107 107 137
Capacidad de transporte m3/h
Capacidad en t por hora Material de 800 Kg/m3
A 30 m/min c1 14 19 32
A velocidad max. c2 50 68 144
c1
c2
11 16 26
40 54 115
Las cuatro tablas anteriores son extraídas del libro MAQUINAS DE TASNPORTE de N. P. Waganoff. El pescado trozado tiene un peso específico de 600 a 800 Kg/m3, sacado de la tabla 2 del manual de cálculo de cintas transportadoras PIRELLI. La longitud de la cinta será de 10 m, considerando un enlatador cada metro tenemos a cada lado de la cinta 10 y en total 20 trabajadores, encargados de producir 120 latas por minuto. Polines de carga.- El polín 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 polines de 20º son los más utilizados en la mayoría de los casos, con los polines de 35º y 45º, usualmente son utilizados sólo con granos y materiales livianos. Las dos principales razones para el uso de los polines 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. Las siguientes figuras muestran polines de carga estándar, la selección de éste se lo realiza conociendo sus dimensiones, sacados del catálogo de polines LUFF SERIE 3400 que entrega los datos técnicos necesarios para ello. RODILLOS DE TRANSPORTE PLANOS (ACERO)
Usados para el transportador superior de latas vacías de 5 pulg. Pesa 14 Kg. RODILLOS IGUALES PASANTES DESALIÑADOS
Usados para el transportador inferior del pescado en trozos de 5 pulg. Pesa 26 Kg. Polines de retorno: los polines de retorno, permiten el retorno de la banda mediante el apoyo de ésta. Son de 4 pulg. Pesa 11 Kg.
CÁLCULO DE LA DISTANCIA ENTRE POLINES. Para la determinación de la distancia entre polines, se utilizará la siguiente tabla la cual nos entrega el espacio recomendado entre polines, Cabe destacar que la distancia sugerida entre rodillos puede variar dependiendo del criterio del diseñador. Extraído del manual de rodillos ROTRANS.
Como no tenemos distancia de 300 mm, adoptamos 1 m de distancia entre rodillos superiores y de 2 m los inferiores. CÁLCULO DE LA POTENCIA EN EL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo: = potencia tambor motriz. (Kw) = factor en función del largo de cinta. = factor de rozamiento. L= largo de la cinta.(m) = peso de la banda.(Kg/m) = peso de los polines de carga.(Kg/m) = peso de los polines de retorno.(Kg/m) = peso a transportar.(Tons/h) = velocidad.(m/s) = altura a transportar el material.(m) = recargo.(Kw) Los factores C4 y pueden ser extraídos del catálogo “TRANSILON, bandas transportadoras y para procesamientos”.
Pt =
0.9 * 0.8 *10[ 3.6 * ( 3 + 6 + 5.5) * 0.5 + 3.6] + 0.3 367
Pt = 0.88 Kw Como 1 Kw equivale a 0.746 hp, tenemos de 0.88 Kw = 1.18 hp CÁLCULO DE LA POTENCIA MOTRIZ NECESARIA.
Siendo: = potencia motriz necesaria. (Kw) = potencia tambor motriz. (Kw) = rendimiento (89% = 0.89). Pm = 1.18 / 0.89 = 1.32 hp. Con el cálculo de la potencia motriz necesaria podemos realizar la selección de nuestro motor mediante CATALOGO ELECTRONICO WEG.
Para el transportador inferior del pescado el cálculo es casi el mismo con un pequeño cambio en los pesos de polines y peso del material, así que se elige el mismo motor. Como la velocidad de nuestro motor es no compatible con la velocidad del transporte, es necesario calcular un reductor de velocidades. CÁLCULO DE LA FUERZA PERIFÉRICA EN EL TAMBOR.
Siendo: = fuerza periférica en el tambor. (N) = potencia efectiva. (Kw) = velocidad. (m/s) Fpt = 0.88*1000 / 0.5 = 1760 (N) CÁLCULO DE LA TENSIÓN MÁXIMA EN LA BANDA. Siendo: = tensión máxima en la banda. (N) = fuerza periférica en el tambor. (N) = factor en función del ángulo de abrazamiento, y tipo de tambor. F1 = 1760*0.12 = 211.2 N
Siendo: = factor en función del tipo de correa. = tensión máxima en la banda. (N) = ancho de la banda. (mm) C2 = 211.2 / 300 = 0.704 Para éste cálculo debe cumplirse que CÁLCULO DEL DIÁMETRO MÍNIMO DEL TAMBOR DE ACCIONAMIENTO. Del manual HANDLING, para un servicio liviano, tenemos: 4 pulgadas y diámetro del eje de 5/8 pulgadas. CÁLCULO DEL NÚMERO DE REVOLUCIONES DEL TAMBOR DE ACCIONAMIENTO.
Siendo: = revoluciones del tambor de accionamiento. (1/min) = velocidad. (m/s) = diámetro tambor seleccionado. (mm) nt =
0.5 *19100 = 94 1 / min 101.6
CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE REDUCCIÓN.
Siendo: = relación de reducción. = revoluciones por minuto de entrada. (1/min) = revoluciones por minuto de salida. (1/min) 965 i= = 10.3 94 Debido a este valor que es grande para una sola reducción, la reducción se lo realizara en dos etapas: i2 = 3 asumida rpmm = 3 * 94 = 282 Por tanto se determina el valor de la primera relación de reducción:
i1 =
965 = 3.42 282
CÁLCULO DEL TORQUE EN EL EJE DEL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo: = torque en el eje del tambor motriz. (Kp*m) = potencia. (HP) = revoluciones por minuto de salida. (rpm) 4500 *1.32 T= = 31.60 Kpm 2 * 94 Con los datos de relación de reducción ( ), y torque en el eje del tambor motriz ( ), podemos realizar la selección del motorreductor que más se acerque a las especificaciones calculadas. Del catalogo de reductores MULTIREX, seleccionamos el motorreductor con las siguientes características: De ejes perpendiculares, donde uno es vertical y el otro horizontal, TIPO 180 (RO-2811-7)
Las formas parecidas de instalación se muestran: La banda superior tendrá la forma más o menos mostrada.
La forma de la estructura para el transporte del pescado será parecida a la siguiente>
CONCLUSIÓN.- Debo mencionar que las cintas ocupan un lugar muy importante en el transporte de materiales, son uno de los equipos más utilizados y el conocer sus características, su cálculo o selección es de gran importancia para el ingeniero. En el proyecto no se incluye el cálculo de la estructura, se hace notar la poca familiaridad con paquetes especializados en mencionado cálculo y diseño. Para cintas pequeñas existen cierta restricción de catálogos, pero existe muchas formulas de calculo aproximadas y esas son las que se lo ha utilizado en el trabajo, por lo dicho no se incluye archivos Excel para el cálculo. Bibliografía consultada: PIRELLI “manual de selección de cintas transportadoras” Texto guía de la materia perteneciente al ingeniero Torrez Información de Internet.
