Los Elevadores de Cangilones Son Dispositivos Que Desplazan Material en Dirección Vertical o Próx

Universidad Nacional de La Libertad  Facultad de Ingeniería  Escuela de Ingeniería Mecanica Curso:

Transporte Mecanico.

Tema:

Elevador de cangilones.

 Integrantes:  Miguel Requelme Tello  David Requelme Sebastian

 Docente: Ing. Hector Aguado Mere Ciclo:

X Trujillo 2011

 ELEVADOR DE CANGILONES  CANGILONES  1.- INTRODUCCIÓN La necesidad de transportar cargas surgio desde la antigüedad por razones de reducir los esfuerzos a realizar en el menor tiempo t iempo posible, como se muestra en los l os siguientes grabados.

Guirnalda de cangilones o sarilla, para elevar agua destinada al consumo humano o animal. El dibujo está basado en el realizado por al-Jazar, ingeniero iraquí de finales del siglo XII.

Trilladora de doble criba, de principios del siglo XX.  En esta imagen se puede ver la utilización utilización de una noria noria de cangilones dentro de una máquina .

La necesidad de elevar y transportar diferentes materiales en gran cantidad en usos agrícolas e industriales; donde se requiere evitar al máximo la pérdida de elementos finos de manera eficiente y siempre contando con el ahorro de tiempo , ya que a medida que se reduce el tiempo de transporte hay reducción de los costos, y eso eso es lo que se pretende.

 ELEVADOR DE CANGILONES  CANGILONES  1.- INTRODUCCIÓN La necesidad de transportar cargas surgio desde la antigüedad por razones de reducir los esfuerzos a realizar en el menor tiempo t iempo posible, como se muestra en los l os siguientes grabados.

Guirnalda de cangilones o sarilla, para elevar agua destinada al consumo humano o animal. El dibujo está basado en el realizado por al-Jazar, ingeniero iraquí de finales del siglo XII.

Trilladora de doble criba, de principios del siglo XX.  En esta imagen se puede ver la utilización utilización de una noria noria de cangilones dentro de una máquina .

La necesidad de elevar y transportar diferentes materiales en gran cantidad en usos agrícolas e industriales; donde se requiere evitar al máximo la pérdida de elementos finos de manera eficiente y siempre contando con el ahorro de tiempo , ya que a medida que se reduce el tiempo de transporte hay reducción de los costos, y eso eso es lo que se pretende.

2.- RESUMEN Los elevadores de cangilones son dispositivos que desplazan material en dirección vertical o próxima a la vertical, estos son seguros y sencillos, por su construcción no necesitan una envoltura de forma compleja y pueden funcionar al aire libre o encerrados. Como órgano de tracción se puede elegir cadenas o bandas transportadoras motora accionada por una polea de diseño especial (tipo tambor) t ambor) que la soporta e impulsa, sobre la la cual van fijados un determinado número de cangilones. El cangilón es un balde que puede tener distintas formas y dimensiones, esta elección ele cción está condicionada por la característica del elevador y de la carga. Las bandas se emplearan para transportar material movedizo o abrasivo, admitiendo estas mayor velocidad de desplazamiento (2.5m/s), estas bandas presentas un revestimiento de caucho antiabrasivo, ignifugo y se eligen estás de acuerdo a las tensiones que se generaran g eneraran durante su desempeño. Las cadenas se utilizan para una gran altura altur a de elevación y cargas de tamaño elevado o a alta temperatura, la velocidad de desplazamiento desplazamient o es menor o igual a 1.25 m/s. Las cadenas están formadas por eslabones de rodillos, calibradas según DIN, o por mallas forjadas, construidas a partir de aceros especiales aleados , templados o cementados, seleccionados convenientemente de acuerdo al material, tipo de elevador y dureza del servicio. servicio. Los cangilones van unidos a la banda o cadena por la parte posterior, mediante remaches o tornillos, en forma rígida o mediante un eje basculante superior cuando trabajan montados sobre cadenas para transporte horizontal. El desplazamiento de la carga a granel se efectúa por medio de cangilones. Estos están normalizados según DIN, existiendo varios diseños y perfiles para ca da tipo de material y se construyen de acero laminado inoxidable o nylon. 3.-CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE LOS MATERIALES A GRANEL Los elevadores de cangilones se aplican en depósitos de granos y producción alimenticia, producción en materiales de construcción, en industria química, qu ímica, etc. Dichos elevadores de dimensiones relativamente pequeñas en sección transversal, garantizan la entrega de la carga a gran altura (hasta 60m) con gama de flujo de material (desde 5 hasta 600/h) Se debe tener conocimiento preciso de las características del material a transportar; para ello han de manejarse algunas definiciones: · Angulo de reposo del material.- Es el ángulo que forma la superficie del material, apilado libremente, con la horizontal. · Angulo de carga.- Se refiere al ángulo que el material forma con la horizontal cuando está montado sobre una cinta en movimiento. Este ángulo suele s uele ser de 5º a 15º menos que el ángulo de reposo, aunque en algunos materiales puede llegar a 20º.

· Fluidez del material.- Se mide por el ángulo de reposo y el ángulo de carga del material, y sirve para determinar la sección transversal de d e la carga en la que se asegure que no se desparramará el material. También es un indicador del ángulo de seguridad de la inclinación de la cinta. La fluidez depende de las características del material como son: tamaño y forma de las la s partículas finas y de los terrones, proporcionalidad entre terrón y fino, rugosidad, y contenido de humedad. Algunos valores se dan en la tabla siguiente.

La tabla 3-1

Relaciona las características del material con los ángulos de reposo y de carga, y su grado de fluidez.

Corrosividad Se mide mediante el factor de acidez (PH) de la siguiente forma: Tipo de Corrosividad Sustancia corrosiva Sustancia medianamente corrosiva Sustancia no corrosiva (básica)

Factor (PH) 1a6 7 7 a más

Temperatura De Trabajo Trabajo:: Es la temperatura del material a transportar y la temperatura en la que opera el transportador. Tipo de temperatura

Temperatura ( ºF )

Temperatura fría

Menor a 32 ºF

Temperatura ambiente

32 ºF a 150 ºF

Temperatura caliente

150ºF a 300 ºF

Temperatura muy caliente

300 ºF a 900 ºF

 Alta temperatura

Mayor a 900 ºF

Tabla de valores de Mohs Dureza Mineral

Comentario

Composición química

1

Talco

Se puede rayar fácilmente con la uña

Mg3Si4O10(OH) 2

2

 Yeso

Se puede rayar con la uña con más dificultad

CaSO4·2H2O

3

Calcita

Se puede rayar con una moneda de cobre

CaCO3

4

Fluorita

Se puede rayar con un cuchillo de acero

CaF2

5

 Apatito

Se puede rayar difícilmente con un cuchillo

Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6

Ortoclasa Se puede rayar con una lija para acero

KAlSi3O8

7

Cuarzo

Raya el vidrio

SiO2

8

Topacio

Rayado por herramientas de carburo de Tungsteno

 Al2SiO4(OH-,F-)2

9

Corindón Rayado por herramientas de carburo de Silicio

10

Diamante El mineral más duro conocido, rayado solo por otro diamante. C

 Al2O3

 ABRASIVIDAD: Es la capacidad de un material de desgastar a otra superficie. Se clasifican de acuerdo a la escala de MOHS de la siguiente manera: Tipo de abrasividad

Escala de MOHS

Material Abrasivo

6 a 10

Material medianamente abrasivo

3a5

Material no abrasivo

1a2

En las tablas 3-2 se da un listado de los materiales más transportados y sus características físicas con un código de designaciones. Los datos en estas tablas son valores promedios que pudiesen variar en una situación específica; especialmente los ángulos de reposo. Las condiciones reales de los materiales en ciertos casos deberán determinarse mediante pruebas establecidas; como cuando se tiene exceso de humedad, largos períodos de almacenaje, etc. Cuando se tiene un material que no está en la lista de la tabla 3-3 se pudiera tratar de buscar semejanzas con algún material de la lista, en forma general.

4. DEFINICIÓN DEL ELEVADOR DE CANGILONES

Es uno de los dispositivos de transporte y de elevacion de material con flujo continuo mas empleado Es una máquina diseñada especialmente para elevar y transportar en forma continúa materiales a granel o en terrones, y este transporte se realiza a lo largo de una trayectoria vertical o con una pequeña inclinación con respecto a la vertical hasta un ángulo de 30º. 1.

No podemos dejar de mencionar que existen los elevadores de cangilones que se instalan igualmente espaciados sobre fajas o cadenas.

2.

Lo bueno de este tipo de elevador ocupa poco espacio pudiendo elevarse materiales hasta una altura de 50 ó 60 metros.

3.

Las velocidades de trabajo normalmente están comprendidas entre 0.5 m/s hasta 4 m/s (0.98 pies /min. hasta 780 pies/min).

Los elevadores de cangilones están constituidos esencialmente por una cinta en forma de anillo, en el que están fijados cangilones a intervalos regulares, que gira sobre dos poleas puestas en los extremos del aparato, todo encerrado en una tubería metálica denominada “caña”

La polea de cabeza realiza las funciones de tambor motor y su diámetro está dimensionado para permitir una fácil y completa descarga del material. Los primeros elevadores de cangilones fabricados utilizaban cadenas planas con cangilones metálicos espaciados a pocas pulgadas. Hoy en día en su mayoría son utilizadas bandas de hule con cangilones plásticos. El cangilón es un balde que puede tener distintas formas y dimensiones, construido en chapa de acero o aluminio y modernamente en materiales plásticos, de acuerdo al material a transportar. Van unidos a la cinta o cadena por la parte posterior, mediante remaches o tornillos, en forma rígida o mediante un eje basculante superior cuando trabajan montados sobre cadenas para transporte horizontal. La capacidad de la mayoría de los equipos se expresa en toneladas / hora, ya que es la unidad que mejor se ajusta a las dimensiones de las instalaciones.

5.-PARTES DE UN ELEVADOR DE CANGILONES. Se observan en el siguiente gráfico:

Torre de cangilones (partes)

5.1- CORREA  Estructuralmente y en términos generales las correas utilizadas en elevación son iguales a las utilizadas en transporte. No obstante, debe tenerse muy en cuenta, en el momento de su selección, la mayor robustez que deben poseer. No olvidemos que su resistencia longitudinal se va a ver afectada por el perforado al que es sometida para la fijación de los cangilones a través de los bulones y además debe poseer mayor resistencia transversal para lograr una correcta sujeción de los mismos. Como hemos dicho, los cangilones van remachados sobre correas sinfín, generalmente de algodón, goma o plástico termoestable. Esta solución permite grandes velocidades empleando una correa fina y cangilones ligeros, como por ejemplo, los utilizados para la

elevación de trigo. Sin embargo en las minas se emplean gruesas correas de caucho o cintas de tejido metálico, accionadas por tambores de gran diámetro para la elevación de productos de machaqueo, carbones o minerales. Pese a ser el elevador a cangilones por banda el tipo de elevador más difundido, existe otro tipo de elevador de similares características a los anteriormente descritos pero que utilizan cadenas en lugar de banda de goma para producir la elevación del material dentro del cangilón, como consecuencia de ello las poleas son reemplazadas por ruedas dentadas, el resto de los elementos componentes no varían demasiado en sus funciones y diseño.

En algunos casos, pueden montarse también con una o dos cadenas. El primer sistema no puede ser utilizado más que para instalaciones que sean muy cortas y de muy poca  velocidad. A poco que el elevador asegure una función importante en la industria, es aconsejable montarlo con doble cadena. Si la cadena es simple siempre va fija por el centro de la parte posterior del cangilón y suele montarse también con carriles guía. La cadena doble, se monta tanto por la parte interior como por la lateral de los cangilones, éste último sistema debe ser el adoptado para aparatos importantes (ver figura siguiente).

Normalmente, las velocidades de utilización oscilan entre 0,4 y 1,5 m/seg.

5.2- CANGILONES Dentro del sistema de elevación son los elementos que alojan a la carga en su carrera ascendente. Según su construcción, pueden ser metálicos de chapa soldada o estampados, de material plástico, de fibra, de acero inoxidable o de fundición. Existen infinidad de formatos y dimensiones, cada fabricante de elevadores normalmente cuenta con un diseño particular. Las medidas básicas con las cuales se define un cangilón son tres: Largo, profundidad y proyección (ver figura siguiente).

Cangilones

 Dimensiones de Cangilones

Los cangilones son fijados a la correa a través de bulones especiales de cabeza plana y de gran diámetro.

 Bulón

Detalle del bulón

Los cangilones profundos tienen la ventaja de ser de mayor capacidad, pero no pueden emplearse más que para materiales de fácil descarga. Los de poca profundidad, se emplean generalmente en los transportadores inclinados y especialmente cuando se manipulan mercancías que tienden a adherirse a las paredes, en cuyo caso se pueden emplear también en forma de V. Se construyen, además tipos especiales para aplicaciones determinadas y equipados con dispositivos apropiados, t ales

como dientes en su borde de ataque para facilitar la carga en los que su llenado se realiza por dragado.  Ya ha quedado dicho que los cangilones van unidos y guiados a cadenas o cintas; ahora  bien, según la manera de situar los cangilones en el elemento tractor de que se trate (cadena o cinta), se dan dos casos: 1º De cangilones continuos Cuando no existe separación entre los cangilones, y se forma una cadena continua, se da un flujo seguido de materia, permitiendo así manipular gran cantidad a velocidades relativamente pequeñas. Con esta disposición de los cangilones, se co nsigue que el material que no entra en uno, lo haga en el siguiente, evitando que se acumule en el fondo. Su mayor aplicación se encuentra cuando hay que mover materias que contengan terrones grandes o medianos. 2º De cangilones distanciados Como particularidad más importante, se tiene el que se emplean con preferencia en sistemas de dragado.  Además de los tipos ya citados, los elevadores los podemos clasificar en: 1. Elevadores de proyección. El llenado de cangilones se realiza por dragado o directamente por tolva, realizando la descarga por medio de fuerza centrífuga como consecuencia de la elevada velocidad de la cadena (de 0.9, a 1.5 m/s). Este tipo de elevador es apropiado para materiales pulverulentos, de grano fino, que no precisan un especial cuidado, así como para materiales secos. 2. Elevadores por gravedad. Los cangilones realizan el llenado, dragando o bien directamente. La descarga se produce sólo por gravedad ya que la velocidad de los mismos es reducida de 0.5 a 0.7 m/s Este tipo es apropiado para materiales pegajosos y frágiles, y la baja velocidad hace que los materiales no sufran esparcimiento. 3. Elevadores cangilón a cangilón. Los cangilones van dispuestos de forma continua. La carga sólo se hace directamente sobre los cangilones, la descarga de cada cangilón se realiza sobre el que le precede debido a la  baja velocidad de las cadenas, aproximada a v =0,6 m/seg. Este tipo de elevador no estropea el material y es apropiado para granulometrías variables desde pequeños a grandes, y en especial para materiales duros.

5.3. TAMBOR DE ACCIONAMIENTO Es el encargado de transmitir el movimiento a la correa, normalmente fabricado en fundición o chapa de acero. Pueden tener una pequeña biconicidad a los efectos de centrar la correa y siempre y cuando el cangilón lo permita. Es altamente recomendable el recubrimiento del mismo con caucho a los efectos de protegerlo del desgaste producido por la gran cantidad de polvo que genera el sistema. Este recubrimiento evita también el desgaste prematuro de la correa y hace más eficaz el uso de la potencia ahorrando energía. También aumenta el coeficiente de rozamiento haciendo más difícil un eventual deslizamiento. El diámetro del mismo se calcula en función de la descarga y la velocidad para lograr una operación eficiente.

Tambor de accionamiento

Polea tipo lisa

5. 4. TAMBOR DE REENVIÓ Se localiza en la parte inferior del elevador. Sobre el eje del mismo se encuentra montado normalmente el dispositivo tensor. Su construcción se recomienda que sea aleteada o tipo "jaula de ardilla" para evitar que el material derramado se introduzca entre el tambor y la correa provocando daños a la misma. Su diámetro es generalmente igual al tambor de accionamiento o menor que el mismo. 5.5 CABEZA DEL ELEVADOR También localizada en la parte superior del elevador, es una estructura metálica que contiene al tambor de accionamiento, formando parte de la misma la unidad de accionamiento, el freno y la boca de descarga. El capot de la cabeza o sombrero debe tener el perfil adecuado para adaptarse lo más posible a la trayectoria del material elevado en el momento de producirse la descarga. Esta trayectoria depende de varios factores como pueden ser el tipo de cangilón, la velocidad de la correa y el diámetro del tambor de accionamiento.

Cabeza del elevador

5.6. PANTALONES Ramal de Subida Junto con el ramal de bajada une la cabeza con el pie del elevador. Normalmente fabricado en chapa plegada y soldada, de construcción modular. Cada cuerpo se une al siguiente con  bulones. Su largo depende de la altura del elevador. Sus dimensiones deben ser tales que permitan el paso de la correa y los cangilones con holgura. Sobre el mismo, normalmente se encuentra ubicada la puerta de inspección. Ramal de Bajada Caben las consideraciones generales indicadas para el ramal de subida. Este ramal contiene a la correa y cangilones vacíos en su movimiento descendente. 5.7. PIE DEL ELEVADOR  Se encuentra ubicado en la parte inferior del elevador y contiene al tambor de reenvío. Son partes integrantes del mismo la tolva de alimentación y el dispositivo de estiramiento. Esta parte de la estructura se encuentra regularmente provista de puertas de inspección y de limpieza.

 Pie del elevador

5.8. PUERTAS DE INSPECCIÓN

Fabricación pies del elevador

El nombre indica su función.

5.9. UNIDAD DE ACCIONAMIENTO Se encuentra localizada en la parte superior del elevador, está constituida por un motor y un reductor que puede estar ligado directamente al eje del tambor de accionamiento o a través de un acople elástico. Toda la unidad se sustenta por una plataforma construida a tal fin.

Cabeza elevador (transmisión indirecta)

Cabeza elevador (transmisión directa)

5.10. DISPOSITIVO TENSOR Como su nombre lo indica este dispositivo permite el tensado de la correa para lograr un perfecto funcionamiento del sistema. Este dispositivo puede ser de dos tipos:  

a tornillo (el más usual) o automático (para elevadores de grandes capacidades).

5.11. FRENO AUTOMÁTICO Es un sistema ligado al eje del tambor de accionamiento. Permite el libre movimiento en el sentido de elevación. Cuando por cualquier motivo el elevador se detiene con los cangilones cargados, este sistema impide el retroceso de la correa, evitando así que el material contenido en los mismos sea descargado en el fondo del elevador. 5.12. DESCARGA DEL ELEVADOR El nombre indica su función. 5.13. TOLVA DE ALIMENTACIÓN La alimentación o carga se hace de forma que el material caiga en los cangilones por medio de los siguientes procedimientos: a) mediante tolva dosificadora  b) por dragado c) mixta (dándose los dos casos anteriores) gado dos casos anteriores)

a  Alimentación por tolva (carga)

b Alimentación por dragado (profundos)

La capacidad de la mayoría de los equipos se expresa en toneladas / hora, ya que es la unidad que mejor se ajusta a las dimensiones de las instalaciones. La velocidad de la banda es una variable muy importante para el correcto funcionamiento del equipo. Si gira muy rápido, el material no descarga correctamente y en caso contrario, el material cae por los tubos del elevador. Los cangilones se cargan de material a granel a través de un agujero de carga(a) o sacándolo de la parte inferior del elevador (b). La carga con extracción se aplica en materiales que no ofrecen considerable resistencia a la extracción, polvorientos y de granulación fina, mientras que los materiales a pedazos grandes y abrasivos se vierten directamente a los cangilones. Los cangilones profundos se emplean para los materiales que no se apelmazan y son facialmente movedizos, por ejemplo cereales, mientras que los cangilones de pequeña profundidad se utilizan para materiales apelmazados, por ejemplo arcilla húmeda. Los cangilones con guías laterales o cangilones de escama (b) se localizan sin distancia de separación

6. TIPOS DE ELEVADORES DE CANGILONES Existen 5 tipos de dispositivos de elevadores de cangilones:

6.1.-Cangilones montados sobre banda o cadena con descarga centrifuga. La descarga de los cangilones elevadores cuyo órgano de tracción se mueve a grandes  velocidades se efectúa derramando o lanzando la carga en el punto superior del elevador,  bajo la acción de la fuerza centrífuga. Este tipo de elevadores se utiliza generalmente para manipular materiales de grano fino, que no requieren un especial cuidado y se desprenden fácilmente de los cangilones. Los cangilones están montados sobre ramales sencillos o dobles de cadena o sobre banda de goma, distanciados entre sí a intervalos regulares. El llenado de los cangilones se efectúa directamente después de pasar estos bajo las ruedas o tambor de la caja tensora inferior. La descarga se realiza por proyección del material, originada por la fuerza centrífuga, como consecuencia de la elevada velocidad de los cangilones. El diámetro de las ruedas o tambor de la cabeza motriz, la posición de la boquilla de evacuación y la velocidad, son factores importantes para conseguir una correcta descarga del material.

6.2.-Cangilones montados sobre cadena con descarga positiva.  A velocidades menores, cuando el lanzamiento de la carga no tiene lugar, la descarga de los cangilones se efectúa derramando el material al recorrer estos el piñón de cadena superior. En este caso es necesario desviar el ramal libre del elevador (fig. 1.4b) para que sea posible la ubicación de una artesa receptora bajo la carga desprendida o hacer el elevador inclinado. Los cangilones están montados muy próximos entre sí, sobre ramales dobles de cadena. El llenado de los cangilones se efectúa generalmente dragando o directamente después de pasar estos bajo las ruedas de la caja tensora inferior.

Debido a la reducida velocidad de la cadena, la descarga se realiza vaciándose los cangilones por gravedad a su paso sobre las ruedas motrices, facilitada por la inversión forzada que provocan las ruedas ceñidoras. Estos elevadores son apropiados para manipular materiales pulverulentos, ligeros y frágiles, o para aquellos otros de naturaleza pegajosa que fluyen con dificultad.

6.3.-Cangilones de escama montados sobre banda o cadena. Si es necesario efectuar la descarga derramando el material desde el elevador vertical sin inclinar los cangilones, se puede emplear los cangilones de escama, cuya pared anterior sirve de canalón para la carga que se derrama desde el siguiente cangilón. Este tipo de descarga se aplica en los elevadores de marcha lenta, a una velocidad de movimiento menor o igual a 0.8m/s.

6.4.-Cangilones montados sobre cadena con descarga central. Los cangilones son fijados a ramales dobles de cadena, encontrándose distanciados entre sí a intervalos regulares. El llenado de los cangilones se efectúa generalmente dragando o directamente, después de pasar estos bajo las ruedas de la caja tensora inferior. Debido a la reducida velocidad de la cadena y a la especial disposición de los cangilones, la descarga se realiza hacia el interior del elevador, vaciándose estos por gravedad al quedar invertidos a su paso por las ruedas motrices. Se recomienda este tipo de elevadores para un funcionamiento continuo sometido a duras exigencias y para materiales pulverulentos, frágiles, pesados o abrasivos, de muy variada granulometría.

6.5.-Cangilones montados sobre banda con doble columna. Los cangilones están montados sobre una banda de goma en una o varias hileras, pareados o al tresbolillo y distanciados entre sí a intervalos regulares. El vaciado de los cangilones se efectúa por proyección del material, originada por la fuerza centrífuga como consecuencia de la elevada velocidad de la banda. El tambor motriz es de mayor diámetro que el tensor, manteniendo la estabilidad de la  banda un rodillo de inflexión próximo a la caja tensora inferior. Su estructura está formada por dos conductos, uno para el ramal ascendente y otro para el descendente. Están especialmente indicados para importantes alturas de elevación y grandes capacidades, utilizándose para materiales de gran fluencia y resistent es a la fragmentación y que sean capaces de admitir elevadas velocidades.

7.-Determinación del flujo de un elevador de cangilones El peso de la carga de un cangilón es:    

Dónde: i: es el volumen del cangilón (Lt)  : La densidad de la carga

a granel (Kg/Lt)

 j: es el coeficiente de relleno del cangilón, el cual depende del tipo de material. Esta variable posee valores que se encuentran en el siguiente rango: j= 0,6 – 0,9. (Los valores menores corresponden a materiales de pedazos grandes). El flujo Q (T/h) de mate rial transportado por un elevador de cangilones a una velocidad “v” (m/s) y con un paso “t” (m) entre cangilones consecutivos, se determina según la ecuación:   

 



 

Habitualmente, el paso entre cangilones se toma según la siguiente expresión: t = (2 - 3) Htr Para los cangilones de escama t=Htr (Htr es la altura del cangilón) Para los elevadores de cadena el paso “t” debe ser múltiplo del paso de cadena.

Las estaciones accionadoras suelen ubicarse en su parte superior, donde la tensión del órgano de tracción es máxima y se asegura la fuerza mayor de adhesión de la cinta con el tambor accionador. Las estaciones tensoras se suelen localizar en la parte inferior de los elevadores, gracias a la cual puede utilizarse el peso del órgano de tracción y del tambor inferior para lograr la tensión prefijada. Para proteger el elevador de movimiento en sentido inverso bajo la acción del peso de la carga, al desconectar el motor, el accionamiento se equipa de un dispositivo de detención que permite el movimiento solo en una dirección. Con frecuencia, para este fin se utilizan dispositivos de parada de rodillos o de trinquete. Los elevadores pesados se dotan de frenos de reten electromagnéticos. Para no deteriorar la parte móvil del elevador y la envoltura, al romperse el órgano de tracción, en los elevadores de cadena se emplean atracadores especiales de la cadena, y en los elevadores de cinta los cangilones se une por las paredes laterales con cables de acero que se encuentran sin tensión en funcionamiento normal, capaces de sostener los cangilones al romperse la banda. Simultáneamente en los tambores tensores (piñones de cadena) se instala un relé de velocidad que desconecta el motor eléctrico.

8.- POTENCIA DEMANDADA POR EL ELEVADOR A CANGILONES Debemos recordar siempre que la ecuación base de la potencia es el producto de una fuerza  y una velocidad (caso ideal). Cuando se aplica a una máquina, a esta ecuación hay que afectarla del rendimiento mecánico del equipo, quedando de la siguiente manera: 

 

…… kg/s

-rendimiento del elevador que puede variar entre 0,75 y 0,90 dependiendo de la

tecnología y calidad de los componentes.

La ecuación que nos permite calcular la potencia requerida es: 

        

 

Siendo:  v- velocidad de la banda (expresada en m/seg) Km – peso del material contenido en el transportador (kg/m) Hm – altura de transporte del material (m) Kt – peso del transportador – banda y cangilones (kg/m) Htr – altura del transportador (m)  - coeficiente de rozamiento (0,05 ) La potencia así obtenida es la mínima necesaria para que el equipo funcione normalmente Para seleccionar la potencia del motor es aconsejable utilizar un margen de seguridad del 20 al 30 % con el objeto contemplar situaciones particulares de sobrecargas (arranque a plena carga, transporte de materiales de mayor peso específico, rotura de algún cangilón). 9. DETALLES DE SU CONSTRUCCIÓN: • Norias Cabezal de mando, tensor y cajas: Construidos en chapa de acero

galvanizado, con estructuras calculadas para soportar esfuerzos de carga -descarga y vientos según norma IRAM 8015. Polea de mando: De acero soldada y vulcanizada fijada al eje por chavetas normalizadas. • Polea tensora: Tipo jaula para autolimpieza. • Ejes: De acero montados sobre rodamientos a rodillos oscilantes en cajas bipartidas en el

cabezal motriz y cajas tipo TU (tensoras) en el pie. Plataformas de mantenimiento y escalera marinera con protectores cubre hombre. • Correa: Plana de tejido 100% poliéster.

• Cangilones: Metálicos de alta capacidad fijados con bulones y tuercas autofrenantes a la

correa. (Opcionalmente se pueden suministrar cangilones de material como poliuretano, PVC, etc.) Construida en chapa plegada N° 16 en modelos 40-60-80 t/h. Marcos – Bridas de hierro ángulo abulonados. NOTA: REDUCTOR Y POTENCIA DE MOTOR DE ACUERDO A LA ALTURA H. CABEZAL  Y BASE EN CHAPA 1/8 C/REFUERZOS. CAPOT EN CHAPA Nº 14 C/REFUERZO EN CHAPA 3/16 EN ZONA DE DESGASTE. 10. CARACTERISTICAS TECNICAS DEL ELEVADOR Los materiales a emplear en sus distintas partes dependerán del uso del mismo. Por ejemplo en las plantas de lavado y fraccionado de cloruro de sodio (sal) se utilizan rolos (tambores) de madera, cangilones plásticos, utilizando la menor cantidad de componentes metálicos posibles. Estos elevadores cuando se utilizan para transporte vertical, deben ir provistos de un freno de retroceso que puede ser de cuña o a trinquete, para evitar el retroceso de la noria y su consecuente atascamiento. La principal utilización de estos elevadores es el transporte de cereales, como parte integrante de las denominadas norias de elevación. La altura de los mismos es muy variable, desde los 3 metros para pequeñas plantas clasificadoras de cereales hasta los 70 metros en las instalaciones de puertos y grandes plantas de acopio. Un elevador de cangilones es un aparato que se utiliza para el manejo de materiales  verticalmente considerados a granel, consiste en un cangilón cuya función es transportar el material, cuenta con una cadena para transmitir la potencia y para que los cangilones puedan ser desplazados, un medio para dirigir el movimiento y contiene accesorios de seguridad y de tensión en el sistema. Los primeros elevadores de cangilones utilizaban cadenas con cangilones distanciados en pocas pulgadas. Hoy en día se utilizan cintas de hule con materiales plásticos y también una polea de algunos pies de diámetro tanto en el exterior como en el interior, dicha polea funciona gracias a un motor eléctrico. Los elevadores que trasladan cargas verticales dependen de la fuerza centrifuga para dirigir el material hacia el sitio deseado a una velocidad un poco alta. Los elevadores inclinados deben de llevar la descarga sobre la polea conductora y su velocidad puede ser menor ya que no dependen de la fuerza centrifuga Esta máquina tiene como función principal el transporte de cualquier tipo de producto de manera suave para así evitar las roturas del mismo, se puede adaptar según necesidad. A través de un detallado estudio de las características del material a transportar se va a determinar el tamaño y tipo de cangilón requerido en cada aplicación especifica, el cangilón puede ser de tipo metálico o plástico montado sobre banda de caucho o cadena para el tiraje del producto.

La velocidad en el llenado y descarga centrifuga del producto son alcanzadas a través de reductores de velocidad helicoidales que adecuadamente seleccionados maximizan la eficiencia de operación del equipo. Con el fin de facilitar el mantenimiento e instalación y acuerdo a la altura requerida el elevador se fabrica sobre una o dos patas, y para extender su resistencia al desgaste y la corrosión las chutas de carga y descarga se producen en lámina de acero al carbón pintada o en acero inoxidable. El tambor de cabeza y el tambor de cola son montados sobre ejes de acero mediante cuña,  buffin o manguito cónico que junto con el tensor por tornillo garantizan el tiraje de la banda  y evitan el deslizamiento entre las partes.

11.- DISEÑO DE UN ELEVADOR DE CANGILONES Enunciado del Problema Diseño de un elevador de cangilones para transportar 60 TPH (toneladas/hora) de maíz entero o también llamado semilla de maíz (corn seed), debiendo este mismo conductor alimentar un silo de 30m. de altura y 8m. de diámetro, desde el patio de descarga que se encuentra a nivel del piso. 1. Requerimientos de Diseño : Material a transportar : Maíz entero (corn seed).  Altura del silo de carga :

30 m. = 98.43 pies.

Capacidad de transporte:

60 TPH (toneladas/hora).

Servicio y operación

8 horas/día.

Uso del transportador

: :

Cargada de un silo de 30 m. de altura y 8 m. de diámetro.

2. Factores necesarios para la selección del Elevador de Cangilones : a) Material : Maíz entero o también llamado semilla de maíz (corn seed).  b) Características del material : Para obtener las características del maíz entero o también llamado semilla de maíz (corn seed), consultaremos a la Tabla N° 2 (pag. 564) de la sección de información técnica de materiales, del catálogo N° 1000 de Link – Belt. Tabla N° 01: Clase de material y peso específico. Material

Peso Específico

Clase

Corn seed

45 lb/pie3 

C16ST

La descripción de la clase C16ST del material, la obtenemos del Manual del ingeniero mecánico de Marks, en su pág.1520; así tenemos que: Tabla N° 02: Características del material de clase C16ST.

Clase : C :

Características : Tamaño :

1 6

: Fluidez :  Abrasividad

S T

:

: :

Característica : Característica

Descripción Granular, tamaño máximo de malla de ½ inch. Muy fluido, con ángulo de reposo menor a 30°. No abrasivo. Contiene polvo. Uso degradable.

Peso específico del material: Tanto en la Tabla N° 2 (pag. 315); como en la Tabla N° 2 (pag. 564) del catálogo N° 1000 de Link – Belt, para el maíz entero (corn seed) se indica un peso específico de

corn seed = 45 lb/pie 3.

c) Capacidad de transporte : El elevador de cangilones a diseñar debe de cumplir el requerimiento de poder transportar 60 TPH (toneladas por hora). d) Tamaño máximo de terrones :  Asumiremos un valor de 3/4 inches (pulgadas), debido a que el maíz entero es de carácter granular con un tamaño máximo de malla de ½ inch. e) Porcentaje de terrones en el volumen total :  Vamos a asumir un 100% de terrones en el volumen total. f) Distancia entre ejes : Desconocemos hasta ahora la distancia entre ejes del elevador de cangilones, pero si conocemos la altura de elevación entre los centros de carga y descarga del material, la cual es de unos 30 metros o 98.43 pies. 3. Determinación del Tipo de Elevador : Conociendo el material (corn seed) a transportar por el elevador de cangilones a diseñar, en la Tabla N° 2 (pag. 315) del catálogo N° 1000 de Link - Belt hallamos los tipos de elevadores recomendados para este material. Tabla N° 03: Material típico a granel manejado por el elevador de cangilones. Material

Peso Específico

Clase

Tipo de elevadores

Corn seed

45 lb/pie3

C16ST

12 y 13

4. Selección del Tipo de Elevador : Realizaremos una selección tentativa del tipo de elevador, atendiendo a las siguientes propiedades: -

Tipo de elevador recomendado.

-

Capacidad del transportador en masa o en TPH (toneladas por hora).

-

Distancia entre centros de carga y descarga.

-

Tamaño máximo y, porcentaje de terrones en el volumen total del material.

-

Peso específico del material a transportar.

-

Capacidad del transportador de cangilones en volumen o en pies3/h.

La calculamos teniendo en cuenta la capacidad del transportador en masa (TPH), el factor de conversión de libras a toneladas, y el peso específico del material.  b)  Así tenemos que la ecuación que los relaciona está dada mediante : Cap 

Cap 

(Capacidad  en  Ton / hora )(2202 .6  lb / Ton )  peso  especifico  en  lb /  pie 3 (60  Ton / hora )(2202 .6  lb / Ton ) 45  lb /  pie

3

 2936 ,8  pies 3 / hora .

Tabla N° 04: Selección tentativa del elevador de cangilones.

Tamaño máximo de terrón (in) Tipo de Elevador

12

13

Capacidad Máxima

Porcentaje de En terrones  volumen

Distancia máxima entre centros (pies)

En masa (Ton/hora)

Peso del material

100%

pies3/h

Peso del material (50 lb/ pie3)

(50 lb/ pie3)

3/4

200

5

80

3/4

320

8

60

3/4

500

12

80

3/4

800

14

60

(Catalogo N° 1000 de Link - Belt, Tabla N°3, pág. 317).

Debido a que los elevadores recomendados para este tipo de material (corn seed) no alcanzan la capacidad y distancia entre centros (esta será mayor que la altura de elevación, ya que viene a ser la distancia entre ejes) deseada es necesario colocar varios elevadores tanto en serie como en paralelo para así entonces poder obtener las 60 toneladas por hora (TPH) requeridas para este diseño, así como para alcanzar la altura de elevación (distancia entre centros de carga y descarga) deseada que por si es de 98.43 pies (30 metros). Una nueva alternativa teniendo como base las características del material y la de los diferentes tipos de elevadores, nos llevan a utilizar elevadores de cangilones de descarga continua, ya que estos son adecuados para manejar una variedad de materiales a granel que van desde livianos a pesados, y de finos a aterronados; del mismo modo ya que la disposición de los cangilones es ubicarse a un lado del otro, y cargarse desde un alimentador, esta disposición previene el derrame de material entre cangilones; mientras que en la descarga el material fluye apoyándose en la espalda del cangilón precedente, que está dotada de lados salientes formando un canal de descarga. Dentro de este tipo de cangilones encontramos los elevadores de cangilones de súpercapacidad, del tipo 10 y 11, los cuales muestran buenas características en cuanto a capacidad y distancia entre centros, pudiendo incluso manejar materiales pesados y abrasivos, y desde finos hasta aterronados. Para proceder a una selección tentativa, reconoceremos en la Tabla N°3 (pág. 317) del Catalogo N° 1000 del Link - Belt, el tipo de elevador que más se adapte a nuestros requerimientos de diseño, tanto de capacidad como de distancia entre centros, entonces nuestra selección recae sobre el tipo de elevador N°11, esta es : Tabla N° 05: Selección tentativa del Elevador de cangilones Tipo 11 Tamaño máximo de terrón (in.) Tipo de Elevador

Capacidad Máxima

Porcentaje de En terrones  volumen 100%

10%

pies3/h

Distancia máxima entre centros (pies)

En masa (Ton/hora)

Peso del material

Peso del material (50 lb/ pie3)

(50 lb/ pie3)

11

3

8

5600

140

125

(Catalogo N° 1000 de Link - Belt, Tabla N°3, pág. 317).  Aunque nos señalan que este tipo de elevador puede manejar terrones con un tamaño máximo de 3 in. (para un 100% del volumen total) y 8 in. (para un 10% del volumen total), nos damos cuenta que esto es bastante aceptable para nuestro requerimiento de diseño, ya que de las características del material de clase C16ST, conocemos que el maíz entero es de carácter granular con un tamaño máximo de malla de ½ inch.

5. Especificaciones del Elevador Tipo 11 : Haciendo uso de las Tablas presentadas en el catalogo N° 1000 de Link – Belt, en sus págs. 344 y 345, indicamos las sgtes. especificaciones para el elevador Tipo 11. 

 Especificaciones del Elevador :

Tabla N° 06: Especificaciones del Elevador Tipo 11 Capacidad ∆

Cangilones ■ Número de Elevador Tipo 11

Máximo  Velocidad Tamaño de las de los Cadenas Terrones Espesor Espaciamient (fpm.) ◘

Medidas

(in.)

(in.) 16 x 12 5/8 x 17 5/8 1101-1106

3/16

50 lb/pie3

(in.) □

o (in.)

18

Peso Específico del material (lb/pie3)

120

pies3/h

TPH

5600

140

8

(Catalogo N° 1000 de Link - Belt, pág.344). Tabla N° 07: Especificaciones de los Elevadores Tipo 11 N° 1101 y 1106

Número de elevador

Máxima elevación entre centros para diferentes tamaños de ejes conductores Peso Específico del material (lb/pie3)

50 lb/pie3 Diámetro del eje conductor o de cabeza (in.) 5 7/16

5 15/16

6 1/2

1101

115

125

-----

1106

90

115

125

(Catalogo N° 1000 del Link - Belt, pág.344). Hay unas notas aclaratorias con respecto a las especificaciones, estas son:  = Cangilones del tipo Style SC de descarga continua.

■ ◘

 = Datos en base al manejo de materiales medianamente abrasivos. Se recomienda un

aumento de velocidad de la cadena del 10% para materiales no abrasivos y una disminución del 10% para materiales muy abrasivos. □ = El tamaño máximo de terrón no debe exceder el 10% del volumen total y por lo

menos el 75% del volumen total debe tener menos de la mitad del máximo tamaño de terrón. Para el manejo de materiales que contienen porcentajes más altos de terrones en el volumen total, y formas de terrón de cuña o afiladas, se recomiendan los cargadores inclinados. ∆ = Datos en base a cangilones llenos al 75% de su capacidad teórica. La capacidad es

directamente proporcional al volumen y al peso del material transportado en los cangilones, así como a la velocidad de la cadena. Tabla N° 08: Especificaciones de los Elevadores Tipo 11 N° 1101 y 1106

Potencia del eje conductor ◊

Número de Elevador

Eje conducido

Peso Específico del material (lb/pie3) 50 lb/pie3 Por pie de Terminales elevación entre ejes

1101

Eje conductor

4.54

0.19

Diámetro Diámetro  Velocidad Diámetro del teórico del teórico del (rpm.) eje (in.) piñón (in.) piñón (in.)

29.12

16

29.12

2 15/16

1106

4.91

0.19

29.12

16

29.12

2 15/16

(Catalogo N° 1000 de Link - Belt, pág.345). Nota: ◊ = Datos en base a cangilones llenos al 100% de su capacidad teórica.

La potencia es directamente proporcional al volumen y al peso del material transportado en los cangilones, así como a la velocidad de la cadena. Tabla N° 09: Especificaciones de los Elevadores Tipo 11 N° 1101 y 11 06

Medidas del Armazón de Acero

Peso Aproximado (lb.)

Tamaño Número Número Secciones Sección Conexión interior de de de de la  Accesorios la cubierta Cubierta Superior e del Terminales Elevador Cadena (ga.) Intermedia cargador descarga (por pie) (in.) (ga.) (in.) (in.) 1101

SS4851

30 x 60

1106

SS4852 31 1/2 x 30

12

10

3/16

1/4

3602

289

12

10

3/16

1/4

4194

346

(Catalogo N° 1000 de Link - Belt, pág.345)

 Ahora vamos a escoger el elevador más apropiado para nuestro diseño, de los datos antes expuestos, es claro que el elevador de número 1106 en su estructura será más pesado que el 1101, así como también demandara un mayor gasto de potencia por tal motivo seleccionamos el elevador Tipo 11, número 1101, con un diámetro del eje conductor de 5 15/16 in. De las Tablas anteriores podemos resumir: : 11  Tipo de elevador 

Número de elevador

:

1101



Medidas del cangilón

:

16 x 12 5/8 x 17 5/8 inches.



Espesor del cangilón



Espaciamiento entre Cangilones : Capacidad en masa (Ton/hora) :



:

3/16

in.

18 inches. 140 TPH

        

Capacidad en volumen (pies3/hora) : 5600 pies3/hora. Diámetro del eje conductor : 5 15/16 in. Máxima Altura de elevación : 125 pies Diámetro teórico del piñón conductor: 29.12 in. (29 1/8 in.)  Velocidad del piñón conductor : 16 rpm. Diámetro teórico del piñón conducido: 29.12 in. (29 1/8 in.) Diámetro del eje conducido Número de cadena

: 2 15/16 in. : SS4851.

 Velocidad de cadena

:

120 fpm.



Peso total aproximado de los terminales



Peso de la cadena, cubiertas y cangilones (accesorios):



Tamaño interior de la cubierta Dimensiones de la cubierta de acero :



:

-

Cubierta

-

Secciones superior e intermedia:

10 galgas.

-

Sección del cargador

3/16 in.

Conexión de la descarga Potencia del eje Conductor : -



:

Terminales Por pie de elevación entre ejes

3602 lb. 289 lb/pie.

30 x 60 inches.

: 12 galgas. :

: 1/4 in. : 4.54 HP. : 0.19 HP/pie.

Correcciones de datos: Refiriéndonos a las notas aclaratorias, antes expuestas, al pie de página del Catálogo de Link –  Belt N° 1000 en las págs. 344 y 345, se tiene que siendo el maíz entero (corn seed) definido como un material no abrasivo, entonces se recomienda un aumento a la  velocidad de la cadena que se da en la lista en un 10%. Esto da como resultado una  velocidad recomendada de la cadena SS4851 de:  Velocidad recomendada de la cadena = 120 fpm. x 1.10 = 132 fpm. (pies/min). Del mismo modo debido a que la velocidad de la cadena ha sufrido un incremento del 10% de su valor original, y siendo la capacidad del elevador de cangilones variable en proporción a la velocidad de la cadena (es lógico que a mayor velocidad de la cadena, la capacidad de transporte del material decrece), se tiene una nueva capacidad del elevador

equivalente al aumento en 10% de la velocidad de la cadena, y a la proporción entre el peso específico real del material a transportar de 45 lb/pie3 y el peso específico usado como patrón de selección, de 50 lb/pie 3. Esto da como resultado que el elevador de cangilones a diseñar deba cumplir con el requerimiento de transportar el material a capacidades en volumen (pies3/hora) y en masa (TPH) de:  2936.8  pies 3 / hora  3 Capacidad  equivalente     2669.818  pies / hora. 1.10    60  TPH  Capacidad  equivalent e     54 .545  TPH .  1.10  Por otra parte las capacidades “pico” que pueden alcanzar nuestro tipo de elevador de

cangilones seleccionado, estas obedecen a lo siguiente: 3  45   5600   pies / hora  3 Capacidad  equivalent e        4581.818   pies / hora. 1.10  50    2

 45 140 TPH Capacidad  equivalente       103.091 TPH.  50 1 . 10    

Seria común pensar que como el peso específico real del material (45 lb/pie 3) a transportar es menor que el tomado como patrón (50 lb/pie 3) para la selección del elevador, la capacidad de este elevador aumentaría, pero no olvidemos que en las notas aclaratorias nos dicen claramente que guardan una “relación proporcional” el volumen y

el peso específico del material con la capacidad del elevador, esto mismo también se explica en la literatura de Stephens-Adams MFG. CO en su catálogo sobre “S-A Bucket Elevators”, en los pie de pagina de las págs. 92, 94 y 96.

Otro punto que hay que analizar es la velocidad de rotación del eje conductor, para lo cual en el Catalogo N° 1000 de Link – Belt, en la pág. 314 se presenta el problema 3, donde se enseña el método de tratamiento de datos para un material muy abrasivo (bauxita), y se muestra que la velocidad del eje conductor debido a la calidad del material (muy abrasivo) debe disminuir en un 10%, pero en nuestro caso para transportar maíz entero (considerado no abrasivo) se recomienda que la velocidad del eje conductor debe aumentar en un 10% de su valor dado en lista. Así tenemos que :  Velocidad recomendada del eje conductor = 16 rpm. x 1.10 = 17.6 rpm. Otro punto aclaratorio es el de la elección del Tipo de elevador 11 N° 1101 con un diámetro del eje conductor de 5 15/16 in., pues esta se hizo solo con el fin de asegurar el

óptimo desempeño del elevador ya que así se cubre un rango mucho mayor en cuanto a capacidad de elevación (máximo de 125 pies) del elevador de cangilones.

6. Distancias entre Ejes : Podemos determinar la distancia entre el eje conductor y el eje conducido según las dimensiones presentadas en las tablas de las págs. 346-347, del catálogo N° 1000 de Link – Belt. Todas las dimensiones presentadas están en pulgadas (in).

Fig.1 Sección motriz para el Elevador de cangilones Tipo 11

Fig.1. Elevador de cangilones Tipo 11

Tabla N° 10: Especificaciones del Elevador Tipo 11 N° 1101 Número de  A B C D E F G J K M P R S T X AA AB Elevador 1101 30 60 35 1/2 2 1/2 30 48 3/4 38 37 1/2 14 45 6 7/8 27 52 1/8 12 78 114 1

(Catalogo N° 1000 de Link – Belt, pág.346). Tabla N° 11: Especificaciones del Elevador Tipo 11 N° 1101

Número de Elevador 1101

U 40 7/8

Diámetro del Eje Principal (in) 5 15/16 V W 31 1/8 9

(Catalogo N° 1000 de Link – Belt, pág.347).

Y 6

De la Fig.1 (Elevador Tipo 11) se puede deducir que la distancia entre ejes es igual a la suma de la altura de elevación (lift) mas “J”, “Y” y “X”, y menos “M”.

Distancia entre centros

= Lift (altura) + J + Y + X – M = 1181.1 + 37 ½ + 6 + 78 – 45

Distancia entre centros = 1257.6 pulg. (104.8 pies o 31.94 m.) Dónde: Lift = 98.43 pies x 12 pulg/pie = 1181.1 pulg. (altura). Con este último dato podemos obtener el valor de la potencia necesaria para poner en marcha el elevador de cangilones, tomando en cuenta la potencia que se consume en los terminales y por pie de longitud en el elevador; la proporción de los valores de peso específico real del material y de velocidad de la cadena recomendada a sus valores dados en la lista de especificaciones, y la proporción entre volúmenes de capacidad equivalente requeridos y posiblemente manejables, entonces se tiene que:  Potencia = 0.75  

45  132   54 .545    120   103 .091   4.54  (104 .8  0.19 ) 50      

= 9.606 HP.

No olvidemos que para este último cálculo de la potencia requerida para poner en marcha nuestro elevador de cangilones, también se ha tenido en cuenta el factor de llenado de 75 % de los cangilones, tal como se indica como recomendación en el Manual del Constructor de Maquinas de Dubbel en la pág. 1498, y además ya que las capacidades de transporte del elevador de cangilones elegido están calculadas en base a este factor de llenado de los cangilones (Link – Belt N° 1000, pág. 344), es por ello que se ha estandarizado la potencia asignada para el eje conductor ya que en las notas aclaratorias de la pág. 345 del catálogo N° 1000 de LinK – Belt se advierte bien claro que estos valores de potencia son dados en base a un 100 % de llenado de la capacidad teórica de los cangilones. Luego en base a estas correcciones de datos, también obtendremos el valor de la potencia de trabajo asignando un valor de rendimiento del elevador de cangilones que considere las perdidas en la cadena cinemática (consideraremos 10% de pérdidas de potencia), para que junto con el valor de la velocidad del eje conductor poder entonces seleccionar el mejor equipo motriz para este elevador. 7. Selección de la Cadena : Según las especificaciones designadas para el Tipo de elevador 11 N° 1101, en el Catalogo N° 1000 de Link –  Belt, en su pág. 345, el número de cadena recomendada para el transporte del material por medio de los cangilones es SS4851. No obstante en el

Catalogo N° 1050 de Link-Belt, en su pág. 25, se presenta un procedimiento eficaz para la selección de la cadena; teniendo en cuenta los siguientes datos: -

Tipo y numero de elevador

: 11 N° 1101

 Velocidad de elevación de la cadena

: 132 fpm. (recomendada).

-

Distancia aproximada entre ejes

: 104.8 pies.

-

Diámetro del eje conductor

: 5 15/16 in.

-

Diámetro del piñón conductor

: 29.12 in. (29 1/8 in.)

-

Diámetro del eje conducido

-

Diámetro del piñón conducido

: 29.12 in. (29 1/8 in.)

 Velocidad del eje conductor

: 17.6 rpm. (recomendada).

-

Material a transportar

-

Tamaño del cangilón

: 2 15/16 in.

: Maíz entero o semilla de maíz (corn seed) : 16 x 12 5/8 x 17 5/8 inches. (largo x proyección x profundidad).

-

Espaciamiento entre cangilones

: 18 in.

-

Horas de operación diaria

: 8 horas.

7.1. Selección tentativa de la cadena : En la página 36, del catálogo N° 1050 de Link – Belt encontramos una tabla que nos ayuda a seleccionar tentativamente el tipo de cadena más acorde a las características de nuestro elevador.  Aunque la recomendación de Link – Belt, en su catálogo N° 1000, nos indica el uso de cadena de numero SS4851, tomaremos entonces la información de la tabla como medio para clasificar el tipo de carga que se presenta en nuestro elevador de cangilones. Se presenta la parte de la tabla concerniente a elevadores de cangilones. Tabla N° 12 : Selección tentativa de la cadena transportadora  Aplicación

Transportador

Tipo de Carga

Clase de Cadena

Ewart desmontable de Link – Belt.  Acero Link – Belt. Ligera Clase 400 con pernos. Clase C combinada. Ligera o moderada Clase C combinada. Elevador de Clase 700 con pernos. cangilones Moderada Clase C combinada. inclinado o vertical Clase SS bushed. Clase C combinada. Clase 800 Ley bushed. Moderada o pesada Clase SS bushed. Clase SS o LXS bushed roller. (Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.36).

Entonces vemos que el tipo de carga a transportar es moderada o pesada. 7.2. Calculo de la Tensión Máxima en la cadena transportadora La tensión máxima en la cadena transportadora puede ser calculada atendiendo antes a los siguientes cálculos previos: 7.2.1. Peso de los cangilones en el ramal de carga de la cadena transportadora (G b) Primero que nada vamos a elegir el tipo de cangilón a utilizar para el transporte del material. Sin embrago, en las especificaciones para el Tipo de elevador 11 N°1101, presentadas en la pág. 344 del catálogo N° 1000 de Link –  Belt, se indica el uso de cangilones Estilo SC (súper capacity) para descarga continua, cuyas mediadas en lista son : 16 x 12 5/8 x 17 5/8 inches (largo x proyección x altura) y con un espesor designado de 3/16 in. Por otro lado, en la pág. 640 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, se presentan las especificaciones para el cangilón estilo SC de descarga continua a u tilizar, estas son: Tabla N° 13 : Especificaciones del cangilón SC de descarga continua

Tamaño del cangilón (inches) Largo 16

Proyecció n 12

 A  Altura 17 5/8

(in.) 6 1/2

Peso (lb.)

Capacidad (pies3)

Espesor

Lleno hasta

Lleno hasta

de 3/16 in.

la línea XX

la línea YY

58

1.55

1.11

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.640). Los cangilones SC (súper capacidad) para descarga continua son hechos de acero soldado para un montaje entre una cadena de dos torones (double strand, según lo indica Link – Belt N° 1050, en la pág. 640).

Fig.3. Cangilón SC (Súper capacidad) de descarga continúa

El peso de cada cangilón a utilizar es de 58 lb., por otra parte ahora tenemos que calcular el “numero de cangilones” en el ramal de carga de la cadena transportadora,

pero para llegar a esto, primero haremos un cálculo aproximado de la longitud de la cadena; por lo que de la Fig.1, ya antes presentada, se tiene que: Longitud de la cadena =

D CONDUCTOR  2



D CONDUCIDO 2

 2H C

Siendo en este caso: DCONDUCTOR  = Diámetro del piñón conductor = 29.12 in. DCONDUCIDO = Diámetro del piñón conducido = 29.12 in. HC = Distancia de separación entre ejes = 1257.6 inches. Por lo tanto, introduciendo los datos pertinentes, obtenemos: Longitud de la cadena =

(29.12) 2



(29.12) 2

 2(1257.6)  = 2606.68 inches.

Entonces, el numero de cangilones lo vamos a calcular teniendo en cuenta el espaciamiento entre ellos en la cadena, así como su altura de cada uno de ellos. Numero de cangilones =

Longitud  de  la  cadena Espaciamie nto  entre  cangilones  Altura  del  cangilon

Dónde: Espaciamiento entre cangilones = 18 in.  Altura del cangilón = 17 5/8 in. Luego de introducir los datos necesarios, se obtiene: Numero de cangilones =

2606.68  in 18  in  17.625  in

 = 73.17 cangilones.

Redondearemos el número de cangilones obtenidos a 74 cangilones. Por lo tanto si en toda la cadena hay 74 cangilones, y el peso de cada uno de ellos es de 58 lb., entonces el peso total de todos los cangilones en toda la longitud de la cadena será: G bTOTAL  74  cangilones  58

lb. cangilon

 = 4292 lb. (en toda la cadena).

Pero, para el cálculo de la tensión máxima solo es necesario tener en cuenta el peso de los cangilones en el ramal de carga (o sea en base a solo 37 cangilones), por lo tanto este peso viene a ser:

G b  37  cangilones  58

lb.  = 2146 lb. (en el ramal de carga). cangilon

7.2.2. Peso de la cadena Empezaremos determinando el número de eslabones para toda la cadena. En las págs. 104 y 109 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt se muestran las tablas con las especificaciones para la cadena de numero SS4851. Tabla N° 14: Especificaciones de la cadena SS4851 Numero

Tamaño

Tensión Eslabones Tipo de Tensión ultima Peso por admisible cada 10 pies de promedio del cadena promedio (lb.) pie (lb.) cadena eslabón (in.) (lb.) ▲ (aprox.) SS4851

9

5

70000

9200

13.33

14.5

Tabla N° 14: Especificaciones de la cadena SS4851 (continuación) Sidebars

Numero de

Pasadores

cadena

F(in.) T (in.) Material A (in.) B (in.)

SS4851

2 1/2

C

3/8

C (in.) Material Estilo

2 3/8

7/8

2 1/4 

AT

F

Tabla N° 14: Especificaciones de la cadena SS4851 (continuación) Rodillos D

E

G

(in.) 3

2 1/4

Casquillos

Material ◘

2 1/16

Estilo

H (in.)

1

1 1/4 

CT

Material ◘

Estilo

CC

C

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.104). Se han presentado algunas anotaciones mediante simbología, estas son: ▲  = Datos en base a un factor de servicio de 1. Aplicar los factores de corrección y servicio de las págs. 27 y 36, según sea el caso, para la cadena seleccionada. ◘

 = Materiales:

C = acero al carbón. CC = acero al carbono endurecido. CT = acero al carbono con tratamiento térmico.  AT = acero aleado con tratamiento térmico. Tabla N° 15: Especificaciones de la cadena SS4851 (accesorios)

Numero de accesorio

Numero de cadena

Peso por pie (lb.)

G11

SS4851

14.5

 A

D

E

G

H

M

T

2 1/2

9

3/8

(in.) 3 13/32

1/2

11 1/2

1 1/4

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.109). Recalculamos la longitud aproximada de la cadena, teniendo en cuenta ahora, el número de cangilones de 74, será por lo tanto esta longitud de: Long  de  la  cadena   Num.  de  cangilones    Esp .  entre  cangilones  Altura  del  cangilon 

Reemplazando datos de tiene: Longitud de la cadena = 74 cangilones x (18 + 17 5/8) in./cangilón = 2636.25 in. Por otro lado, tomando en cuenta el tamaño promedio del eslabón (9 in.) calculamos el número de eslabones en toda la cadena, el cual será:  Numero  de  eslabones   Numero  de  eslabones 

Longitud  de  la  cadena Tamaño  promedio  del  eslabon

2636.25  in. 9  in .

 292.916  eslabones.

(redondeamos este valor a 293 eslabones).  Además, como el tamaño promedio de un eslabón de la cadena es de 9 in., esto significa que, por cada pie de longitud de la cadena, hay exactamente un numero de 4/3 de eslabones, y como conocemos que el peso de los eslabones es de 14.5 lb/pie de longitud de la cadena; entonces podemos hallar el peso de cada eslabón, de la siguiente manera: Peso  de  cada  eslabon 

Peso  de  eslabones  por  pie  de  cadena  Numero  de  eslabones  por  pie  de  cadena

Reemplazando datos obtenemos: Peso  de  cada  eslabon 

14 .5  lb. / pie (4 / 3)  eslabones / pie

 10 .875  lb. / eslabon.

 Ahora entonces, el peso de la cadena debido a los eslabones, será de: Peso  de  la  cadena  debido  a  eslabones   Numero de  eslabones  Peso  de  cada  eslabon

Insertando los datos pertinentes obtenemos: Peso  de  la  cadena  debido  a  eslabones  293  eslabones 10 .875  lb. / eslabon Peso  de  la  cadena  debido  a  eslabones  3186 .375  lb.  ( para  un  solo  toron).

Debido a que se ha encontrado un número de 293 eslabones en toda la cadena, podemos hacer la última corrección a la longitud total de la cadena, esta estará dada según la siguiente formula: Longitud  actual  de  la  cadena   Numero de  eslabones  Tamaño  promedio del  eslabon Longitud  actual  de  la  cadena  293  eslabones  9  in . / eslabon Longitud  actual  de  la  cadena  2637  in .  219.75  pies.

 Ahora solo nos queda calcular el peso de la cadena debido a los accesorios de la misma, este peso lo obtenemos de la siguiente manera: Peso  de  la  cadena por  accesorios Long.( pies)  de  la  cadena Peso  de  accesorios/ pie Peso  de  la  cadena debido  a  accesorios 219.75  pies 14.5  lb. / pie Peso  de  la  cadena debido  a  accesorios 3186.375  lb.  ( para  un  solo  toron).

Por lo tanto, para obtener el peso total de la cadena, sumamos tanto el peso de la cadena debido a los eslabones con el peso debido a los accesorios, de esta manera: Peso total de la cadena = Peso debido a eslabones + Peso debido a accesorios Peso total de la cadena = 3186.375 lb.+ 3186.375 lb. Peso total de la cadena = 6372.75 lb. (para cadena de un solo torón – single strand). Pero, la cadena transportadora a utilizar tiene 2 torones (doublé strand), eso quiere decir que el peso total de la cadena transportadora estará dado por: Peso total de la cadena transportadora = Peso de cadena de un solo torón x 2 Peso total de la cadena transportadora = 6372.75 lb. x 2 = 12745.5 lb. Entonces para el lado de carga de la cadena (ramal ascendente), solo consideramos la mitad de este peso, esto es: Peso de la cadena (lado de carga) =

Peso  total  de  la  cadena  transportadora

Peso de la cadena para el lado de carga =

2 12745.5  lb. 2

 6372.75  lb.

7.2.3. Peso del material transportado (G M) Se considera un 75% de llenado de la capacidad teórica total del cangilón, esto viene a ser un factor de llenado de 0.75 (catalogo N° 1050 de Link – Belt en su pág. 344, aquí se señala que la capacidad de transporte del tipo de elevador de cangilones elegido para nuestro diseño está calculada en base a este factor de llenado del cangilón SC) ; por lo que siendo la capacidad de cada cangilón SC (súper capacidad) de descarga continua de 1.55 pies3  (capacidad del cangilón considerando lleno hasta la línea XX, según la pág.

640 del catálogo N°1050 de Link – Belt) entonces la capacidad efectiva de carga de cada cangilón será de :  V MAT/CANGILON = 0.75 (1.55 pies3) = 1.1625 pies 3/ cangilón. Es por ello que siendo el peso específico del material a transportar (maíz entero) de corn seed = 45 lb./pie 3, entonces el peso del material transportado por cada cangilón de la

cadena transportadora en el ramal de carga, será de: GMAT/CANGILON = (V MAT/CANGILON) x (corn seed) GMAT/CANGILON = (1.1625 pies3/ cangilón) x (45 lb./pie 3) = 52.3125 lb./ cangilón.  Además, bien se sabe que el material solo es transportado por el ramal ascendente de la cadena transportadora, en la cual se tiene un número de 37 cangilones, es por ello que el peso total del material transportado por esta, está dado por: GM = (GMAT/CANGILON) x (Numero de cangilones en el ramal ascendente) GM = (52.3125 lb./ cangilón.) x 37 cangilones = 1935.5625 lb. GM = 1935.5625 lb. (Peso total del material transportado por los cangilones en el ramal ascendente de la cadena transportadora). 7.2.4. Fuerza dragado (A c) La fuerza de dragado “ A c” depende del tamaño de los cangilones, del peso específico del material y es independiente de la altura del elevador, considerando el uso de cangilones continuos, entonces la fuerza de dragado puede aproximarse según la siguiente formula (catalogo 440 de Ewart Chainbelt, pág. 10) : AC 

(12  10  w ) S

Dónde:  w = 52.3125 lb./cangilón. (Peso en libras del material contenido en cada cangilón). S = 18 in. (Espaciamiento entre cangilones en pulgadas). Reemplazando datos se tiene que: AC 

(12  10  52.3125) 18

 348.75  lb. (Fuerza de dragado).

7.2.5. Calculo de la tensión máxima en la cadena y verificación de su confiabilidad

La tensión máxima que se desarrolla en la cadena transportadora de un elevador vertical ocurre en el extremo superior del ramal ascendente, y la calculamos considerando la siguiente formula: Tensión máxima = Peso de la + Peso de los + Peso del + Fuerza de en la cadena cadena cangilones material dragado Tensión máxima en la cadena = (6372.75 + 2146 +1935.5625 +348.75) lb. Tensión máxima en la cadena = 10803.0625 lb. Para evaluar si la cadena elegida (SS4851) cumplirá de forma aceptable con el transporte del material el valor de tensión máxima en la cadena transportadora deberá ser comparado con el valor de la tensión admisible dado en las especificaciones presentadas en la pág. 104 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, pero para ello es preciso calcular antes los factores de servicio y de corrección. 7.2.5.1. Determinación del número de dientes en los piñones En la pág.115 Del catálogo N° 1050 de Link – Belt se encuentran las listas reducidas y completas, según el número de cadena recomendada (SS4851), Aquí presentamos la tabla para nuestra cadena selecta: Tabla N° 16: Numero de listas de la cadena SS4851 Numero de Listas Numero de cadena

Listas Reducidas  Acero gris con

Listas Completas  Acero gris con

endurecido superficial endurecido superficial SS4851

-------

205A

 Acero de molde -----

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.115).  A continuación se presenta la lista completa 205A para la cadena SS4851, dada en el catalogo N° 1050 de Link –  Belt, en su pág. 135, donde claramente concuerdan las dimensiones de los piñones con las dadas en lista, además se especifica una tensión permisible en la cadena de 9200 lb. Tabla N° 17: Lista completa de los piñones para la cadena SS4851

(Se especifica una tensión permisible en la cadena de 9200 lb.) Cubo Numero de Diámetro del Peso dientes piñón (in.) Diámetro nominal para Clase Longitud (lb.) rodamiento (in.) (in.) 10

29.12

3 15/16

P

5 1/2

200

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.135). Teniendo ya como datos los diámetros de los piñones conductor y conducido, podemos obtener claramente de la tabla el número de dientes para ambos piñones, que obedece al  valor de 10 dientes. 7.2.5.2. Determinación de los factores de servicio y de corrección Para saber si la cadena seleccionada es la adecuada, debe de multiplicarse el valor antes obtenido para la tensión máxima en la cadena, por ciertos factores relacionados con la aplicación de la cadena (de servicio) y con su velocidad (de corrección). a) Factores de servicio o de aplicación (FS) Para determinar los factores de servicio a usar, usamos la Tabla N°1, de la pág. 27 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, donde se detallan sus valores ampliamente para diferentes condiciones de operación.

Tabla N° 18: Factores de servicio Condiciones de operación Características de carga Frecuencias de sacudidas Condiciones atmosféricas

Factor de Servicio

Moderada

1.2

No frecuentemente

1.0

 Ambiente moderadamente empolvado, y sometido a temperaturas moderadas.

1.2

Operación

8 a 10 horas por día

1.0

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.27 – Tabla 1). Calculamos el factor de servicio total (FS) multiplicando todos los factores designados para cada una de las condiciones de operación, así tenemos que: FS = 1.2 x 1.0 x 1.2 x 1.0 = 1.44 (factor de servicio o de aplicación total).  b) Factor de corrección o de velocidad (FC) Para determinar el factor de corrección a usar, usamos la Tabla N° 11, de la pág. 36 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, donde se detallan sus valores ampliamente para el tipo de cadena de clase SS, según las diferentes condiciones de velocidad de la cadena transportadora y del numero de dientes del piñón del eje conductor. Tabla N° 19: Factor de corrección Factor de corrección Numero de dientes del  Velocidad de la cadena (fpm.) piñón conductor 125 132 150 10

1.16

1.1824

1.24

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.36 – Tabla 11). El resultado que se muestra es resultado de una interpolación directa, puesto que la  velocidad (recomendada) de la cadena transportadora es de 132 fpm., y dicho valor no se encuentra en lista, por lo tanto el factor de corrección a tomar es de : FC = 1.1824 (Factor de corrección o de velocidad). Podemos calcular la tensión máxima equivalente que soporta la cadena transportadora SS4851, multiplicando el valor de la tensión máxima antes calculado, por los valores de los factores de aplicación y de velocidad, esto es: Tensión máxima equivalente = Tensión máxima calculada x F S x FC Tensión máxima equivalente = (10803.0625 lb.) x (1.44) x (1.1824) = 18393.9 lb. 7.2.5.3. Verificación de la confiabilidad de la cadena SS4851 En la pág. 640 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, se indica que el transporte de elevación de los cangilones debe ser por medio de una cadena dotada con dos torones (two strands of chain), es por ello que para verificar la confiabilidad de la cadena en su trabajo de transporte de material, compararemos la mitad de la tensión máxima equivalente con la tensión admisible para una cadena de un solo torón, así: Tensión máxima equivalente (cadena de un solo torón) = 18393.9 lb./2 = 9196.25 lb. Por lo tanto queda vista la siguiente relación entre tensiones: Tensión máxima equivalente (cadena de un torón) < Tensión admisible en la cadena

Esto se denota: 9196.25 lb. < 9200 lb. Por lo tanto se puede concluir que la cadena SS4851 seleccionada para el transporte de material en el elevador de cangilones cumplirá satisfactoriamente con su labor. 8. Recalculo de las dimensiones y características de la cadena transportadora 8.1. Calculo de chequeo del número de dientes de las catarinas De las especificaciones tomadas de la lista completa para la cadena SS4851 de la pág. 135 del catálogo N° 1050 de Link – Belt (estas especificaciones se anotaron en la pág. 18 de nuestro informe) se indica que el número de dientes de las catarinas tanto conductora como conducida es de 10 dientes, sin embargo en la pág. 25 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt se muestra una formula practica para el cálculo del numero de dientes de las

catarinas, por lo tanto esta fórmula nos puede ayudar a corroborar el valor del numero de dientes de los piñones dado en lista. Así tenemos:

 Numero  de  dientes  del  piñon 

  Diametro  del  piñon Longitud  del  eslabon  de  la  cadena

Dónde: Diámetro del piñón = 29.12 in. Longitud del eslabón de la cadena = 9 in. Introduciendo los datos pertinentes se obtiene:

  29.12  in .  10.1648 9  in . En base a este resultado obtenido, concluimos que el número adoptado de 10 dientes para los piñones conductor y conducido es en si el correcto.

 Numero  de  dientes  del  piñon 

8.2. Calculo del número exacto de eslabones de la cadena transportadora templada En la pág. 25 del catálogo N° 1050 de Link – Bel se muestra una formula para el calculo del numero exacto de eslabones de la cadena transportadora cuando esta templada, siempre y cuando el numero de dientes de los piñones conductor y conducido sea el mismo, caso contrario deberíamos de usar la formula presentada en la pág. 37 de este mismo catalogo, es así que como tenemos que los piñones son idénticos, la formula a utilizar será :

 Numero de  eslabones  en  la  cadena  transportadora  T 

2C P

Donde : T = Numero de dientes de los piñones = 10 dientes. C = Distancia aproximada entre ejes = 1257.6 in. P = Longitud de un eslabón de la cadena transportadora = 9 in. Insertando los valores pertinentes, obtenemos :  Numero de  eslabones  en  la  cadena transportadora  10 

2 1257.6  289.467  eslabones. 9

Pero en la bibliografía del Libro de Diseño en Ingeniería Mecánica, por Joseph Shigley, en la pág. 774 se indica que es preferible que el número de eslabones (pasos) de la cadena transportadora sea par, de otro modo sería necesario añadir un eslabón de compensación, es así que para nuestra cadena transportadora SS4851 (cuando esta templada) vamos a considerar un numero de eslabones de 290. (para cualquier duda sobre nuestra decisión consultar el ejemplo 17.2, de la pág. 775 de la bibliografía de J.Shigley donde se muestra un caso similar al nuestro). 8.3. Calculo de la distancia exacta entre ejes En la pág. 25 del catálogo N° 1050 de Link – Belt se muestra una fórmula para el cálculo de la longitud exacta de la distancia entre ejes, siempre y cuando el numero de dientes de los piñones conductor y conducido sea el mismo, caso contrario deberíamos usar la formula presentada en la pág. 37 de este mismo catálogo, es así que como tenemos que los piñones son idénticos, la formula a utilizar será: Longitud  de  la  Dis tan cia  exacta  entre  ejes 

Dónde:

 N  T P 2

N = Numero de eslabones de la cadena transportadora (templada) = 290 eslabones. T = Numero de dientes de las catarinas = 10 dientes. P = Longitud de un eslabón de la cadena transportadora = 9 in. Insertando los valores pertinentes, obtenemos: Longitud  de  la  Dis tan cia  exacta  entre  ejes 

290  10  9  1260  in.  105  pies. 2

Como vemos la distancia entre ejes antes señalada de 1257.6 in., se ha visto incrementada ahora, a este nuevo valor de 1260 in. (o 105 pies, valor exacto y real). 8.4. Calculo de la longitud exacta de la cadena transportadora

En la página 774 de la bibliografía de J.Shigley (Diseño en Ingeniería Mecánica) se muestra una fórmula para el cálculo de la longitud de la cadena transportadora en base a lo siguiente:

L 2C  N 1  N 2 ( N 2  N 1 ) 2    P P 2 4 2 (C / P) Dónde: L = longitud de la cadena transportadora (in.). P = Paso o longitud de un eslabón de la cadena transportadora = 9 in. C = Distancia entre ejes = 1260 in. N1 = Numero de dientes en la catalina menor. N2 = Numero de dientes en la catalina mayor. Es de conocimiento que en nuestro caso ambas catalinas son idénticas por tal motivo trabajaremos con un valor de N = 10 dientes, para estas dos catalinas, es así que luego de hacer algunas simplificaciones en la formula presentada, esta queda de la siguiente forma:

L  2C  PN  (2  1260  in .)  (9  in  10)  2610  in . Sin embargo, si consideramos la diferencia entre este nuevo valor de longitud de la cadena y su primera aproximación, dada en la Pág. 12 de este informe, el mismo que obedece al valor de 2606.68 in., nos daría un resultado de un exceso de cadena de solo 3.32 in., lo cual es muy pequeño si consideramos que según las indicaciones de Link – Belt en su pág. 21 indica un valor recomendado para la holgura de la cadena (sag) entre el 2 y 3% del valor de la distancia entre ejes “C” (cuyo valor calculado es de 1260 in.)

para una óptima operación de la cadena transportadora, entonces según esta recomendación el valor de la holgura de la cadena debe oscilar entre los valores de 25.2 in. y 37.8 in., lo cual es imposible si solo se tiene un exceso de cadena de tan solo 3.32 in. Por lo tanto seguiremos asumiendo un valor para la longitud de la cadena transportadora de 2637 in. (o 219.75 pies), con el fin de asegurar el óptimo trabajo de la cadena transportadora y dilatar su vida útil en su operación. 8.5. Verificación de la velocidad de la cadena transportadora Tanto en la pág. 22 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, como en la bibliografía de J. Shigley (Diseño en Ingeniería Mecánica) en su pág. 770 se muestra una práctica fórmula

para la obtención de la velocidad de desplazamiento de la cadena transportadora, la misma que se define como el número de unidades de longitud de la cadena que sale de la catarina por unidad de tiempo, por lo tanto, la velocidad de la cadena transportadora en fpm. (pies/min.) es de:

S

TPn 12

Dónde: S = Velocidad de la cadena en pies/min. T = Numero de dientes en el piñón conductor = 10 dientes. P = Longitud de paso o de un eslabón de la cadena = 9 in. n = Velocidad de rotación del eje conductor = 17.6 rpm. Introduciendo los valores adecuados en la formula, se obtiene:

S

10  9  17.6  132  pies / min . 12

Entonces podemos concluir que efectivamente la cadena transportadora se eleva a una  velocidad de 132 fpm. en el transporte de material por medio del elevador de cangilones de nuestro diseño. 8.6. Velocidad máxima de la cadena (salida de la catalina conductora) En la bibliografía de J. Shigley (Diseño en Ingeniería Mecánica), en su pág. 770 se presenta una fórmula para el cálculo de la máxima velocidad de salida de la cadena de la catalina, esto se debe a que cuando la catalina conductora gira existe un tramo de la cadena que está en ascenso que se mueve más cerca del centro de rotación que el tramo descendente de la cadena transportadora (lado no cargado de la cadena), así mismo el mismo peso del material contenido en los cangilones ayuda a un incremento de la  velocidad de la cadena, esta fórmula se presenta en la siguiente forma :

VMAX 

 n  P 12  sen (180  / T)

Dónde: n = Velocidad de rotación del eje conductor = 17.6 rpm. P = Longitud de paso o de un eslabón de la cadena = 9 in. T = Numero de dientes en el piñón conductor = 10 dientes. Introduciendo los datos pertinentes obtenemos:

VMAX 

  17.6  9  134 .197  rpm. 12  sen(180  / 10 )

8.7. Velocidad mínima de la cadena (salida de la catalina conducida) En la bibliografía de J. Shigley (Diseño en Ingeniería Mecánica), en su pág. 770 se presenta una fórmula para el cálculo de la máxima velocidad de salida de la cadena de la catarina, esto se debe a que cuando la catarina conducida gira existe un tramo de la cadena que está en descenso que se mueve más cerca del centro de rotación que el tramo ascendente de la cadena transportadora (lado cargado de la cadena), así mismo el mismo peso del material que se va cargando en los cangilones ayuda a una disminución de la velocidad de la cadena, esta fórmula se presenta en la siguiente forma :

VMIN 

 n  P 12  tan(180  / T)

Dónde: n = Velocidad de rotación del eje conductor = 17.6 rpm. P = Longitud de paso o de un eslabón de la cadena = 9 in. T = Numero de dientes en el piñón conductor = 10 dientes. Introduciendo los datos pertinentes obtenemos:

VMIN 

  17 .6  9  127 .629  rpm. 12  tan(180  / 10 )

8.8. Variación cordal de la velocidad de la cadena transportadora Se denomina así a la relación entre la diferencia de las velocidades máxima y mínima de salida de la cadena de las catarinas, y el valor de la velocidad de desplazamiento de la cadena transportadora, su fórmula presentada en la bibliografía de J. Shigley (Diseño en Ingeniería Mecánica) en la pág. 770, establece su valor teniendo en cuenta los siguientes factores:

 1 1 S VMAX  VMIN       S S T  sen(180 / T) tan(180 / T)  Dónde: T = Numero de dientes en el piñón conductor = 10 dientes.  Así que tenemos que reemplazando este valor, obtenemos:

 S   1 1     0.049758  S 10  sen(180 / 10) tan(180 / 10) 

Entonces se puede asumir que la variación de la velocidad de la cadena transportadora en su operación oscila alrededor del valor de 4.9758 %, es importante establecer valores relativamente bajos de esta variación cordal de la velocidad puesto que tales cambios en la velocidad de la cadena pueden originar vibraciones dentro del sistema, y por lo tanto perdidas de potencia. (en la pág. 771 de la bibliografía presentada por J. Shigley se muestra también una gráfica que relaciona la variación cordal de la velocidad de la cadena transportadora en %, con el numero de dientes de la catarina, así mismo en esta grafica se muestra que mientras más dientes tiene la catarina menor es la variación cordal de la velocidad, es decir se reducirá el ruido en la operación de la cadena y desde luego se tendrá una mejor expectativa de vida útil de la cadena transportadora). 9. Calculo de la potencia para poner en marcha el elevador vertical de cangilones Existen diferentes métodos de cálculo para la potencia consumida por el eje conductor, es por ello que para asegurar el total desempeño de nuestro elevador de cangilones a diseñar analizaremos cada una de las metodologías presentadas en las diferentes  bibliografías utilizadas en la elaboración de este informe. 9.1. Calculo de la potencia para poner en funcionamiento el elevador de cangilones según el catalogo N° 1000 de Link – Belt. El cálculo de esta potencia ya fue hecho anteriormente, y se muestra en la pág. 9 de este informe, el resultado arrojo un valor de: Potencia para poner en funcionamiento el elevador de cangilones = 9.606 HP. Sin embargo debido a un recalculo en la distancia entre ejes del transportador, se tiene una nueva potencia consumida por el elevador de cangilones, esta es de:  45  132   54 .545     4.54  (105  0.19 )  9.621  HP.     50  120  103 .091 

Potencia = 0.75  

9.2. Calculo de la potencia para poner en marcha el elevador  vertical de cangilones según el catalogo N° 400 de Ewart Chainbelt. El catálogo de Ewart Chainbelt en su pág. 12, presenta una fórmula para el cálculo de la potencia para mover el elevador vertical, atendiendo a diferentes factores como:

Potencia 

D(G M  A C ) N 2  63025

Dónde: D = Diámetro del piñón conductor (in.) = 29.12 in. GM = Peso del material en los cangilones del ramal de carga (lb.) = 1935.5625 lb.  A C = Fuerza de dragado para cangilones continuos (lb.) = 348.75 lb. N = Velocidad del eje conductor (rpm.) = 17.6 rpm. (recomendada). Introduciendo los valores antes asignados para cada uno de los diferentes factores involucrados en la formula, se logra obtener: Potencia  para  mover  el  elevador  

29.12  (1935.5625  348.75)  17.6 2  63025

Potencia  para  mover  el  elevador  de  cangilones  9.288  HP.

9.3. Calculo de la potencia necesaria para poner en marcha el elevador de cangilones según el catálogo de “Elevadores de Cangilones” de la firma Stephens Adamson MFG.CO. y el catalogo N° 201 sobre “Elevador de Cangilones para diversas aplicaciones” según la firma Screw Conveyor

Corporation (SCC). Esta misma fórmula se presenta en ambos catálogos, siendo su aplicación directa por su sencillez en su forma, en el catálogo de la firma Stephens Adamson MFG.CO. se presenta en la pág. 89 para cangilones continuos, mientras que en el catálogo de la firma Screw Conveyor Corporation se presenta en la pág. 8, esta fórmula implica los siguientes factores: Potencia 

TPH  H C 550

Dónde: TPH = Peso del material requerido a transportar (Ton/hora) = 60 TPH. HC = Distancia entre ejes (pies) = 105 pies. Insertando los valores adecuados para cada factor, se logra el siguiente resultado: Potencia 

60 105 550

 11.455  HP.

9.4 Calculo de la potencia para poner en marcha el elevador de cangilones según el catalogo N° 1050 de Link – Belt.

En el catalogo N° 1050 de Link – Belt, en su pág. 32 se muestra la Tabla 4; en la que se puede seleccionar la formula apropiada para el transportador a diseñar, esta fórmula nos permitirá hallar el valor para la potencia del eje conductor de nuestro elevador de cangilones. Mostramos a continuación solo una parte de la tabla 4. Tabla N° 20: Selección de la fórmula para el transportador vertical de cangilones

Elevador y Material Acarriado Transportador de cadena  Verticalmente Slat conveyor ---Elevador de cangilones M (Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.32 – Tabla 4). Teniendo en cuenta la formula seleccionada, a continuación se presenta la disposición del transportador y sus principales características a analizar, según como se muestra en el catalogo N° 1050 de Link – Belt en su pág. 35 para la formula “M”. Las formulas a manejar para este caso, que se presentan, son: H

(P1  S  K ) 33000

 Además, se dan a conocer también las siguientes tensiones de tiro:

P1  P6  P3

P2  2.2P4 P3  P4  RW P4   N

P5  1.2P4  MB

P6  P5  R ( M  W ) Fig.4. Esquema del transportador de cangilones a diseñar con la ubicación de puntos donde se desea conocer la tensión aplicada. (Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág. 35). La explicación de los símbolos que se van a manejar, se encuentra en la pág. 32 del catálogo N° 1050 de Link - Belt, y es como sigue :

H = Potencia del eje conductor. P1 = Tensión máxima de la cadena, o tensión de la cadena en el eje conductor (lb.). P2 = Tensión requerida por takeups (lb). P3 , P4 , P5 , P6 = Tensión de tiro en la cadena en los puntos indicados (lb.). B = Diámetro de la rueda (piñón) de la base del transportador, cuando el material es manejado mediante terrones pequeños (in.). K = Factor de lubricación de la cadena. Para cadenas lubricadas:

K = 1.15

Para cadenas no lubricadas:

K = 1.20

M = Peso del material transportado por pie de longitud del transportador (lb.). Dónde:

M  

33.33T S

N = Tensión para templar la cadena (lb.). Está dada según:

WU 2  N   WZ 8Z R = Elevación vertical de la porción inclinada del transportador (pies). S = Velocidad de la cadena transportadora (fpm.). T = Pico de capacidad del transportador (TPH). U = Distancia horizontal sin carga (pies).  V = Longitud actual de la cadena, menos U (pies).  W = Peso de la cadena y otros componentes de la misma por pie de longitud del recorrido de la cadena del transportador (lb.). Z = Holgura (sag) de la cadena (in.). Está dada según:

Z  0.375 UV Prosiguiendo con las indicaciones del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, como primer paso calcularemos la tensión “N” para templar la cadena, esta estará dada según:

Dónde:

W

WU 2  WZ  N  8Z

Peso  de  los  cangilones  (lb.)  Peso  de  la  cadena  (lb.) Longitud  de  la  cadena  ( pies )

Insertando los valores pertinentes para el cálculo, se obtiene:

W

4292  lb.  12745 .5  lb. 77.5313 lb. / pie.   219 .75  pies

U = La distancia horizontal sin carga, viene a ser claramente el radio de cualquiera de los piñones conductor o conducido ya que estos son iguales, o sea que siendo el diámetro del piñón de 29.12 in., entonces: U = 14.56 in. = 1.2133 pies. Por otra parte se tiene que:  V = Longitud actual de la cadena – U (en pies), esto da como resultado:  V = 219.75 pies – 1.2133 pies = 218.5367 pies. (o también 2622.44 in.) Por otro lado ya estamos en capacidad de calcular la holgura de la cadena (Z), así:

Z  0.375UV  0.375 1.2133 218.5367  9.9715  in .  0.831 pies. Este valor de longitud de la holgura de la cadena es bastante aceptable si tenemos en cuenta cómo ha ido recalculándose la longitud de la cadena para las diferentes etapas de este informe. Ahora ya estamos listos para obtener el valor de la tensión para templar la cadena (N), esto responde de la siguiente manera:

 (77.5313)(1.2133) 2   N     (77.5313)  (9.9715)  774.5341 lb. 8  9 . 9715   Según las formulas presentadas para el cálculo de la tensión de tiro de la cadena en cada uno de los puntos de interés, se tiene que: P4 = N = 774.5341 lb. P2 = 2.2 P4 = 2.2 x 774.5341 lb. = 1703.975 lb.  Ahora nos dedicaremos a calcular el valor de la tensión “P3”, para lo cual se sabe que la

distancia vertical entre centros es de R = 105 pies. Por lo tanto se tiene que: P3 = P4 + RW = (774.5341 lb.) + (105 pies) x (77.5313 lb./pie) = 8915.3206 lb.  Ahora calcularemos el peso del material transportado por pie de longitud del transportador de cangilones, esto se da por medio de la formula ya antes presentada: M  

33.33T S

Donde “T” es el valor de la capacidad en Ton/hora que se requieren transportar por

medio de nuestro tipo de elevador de cangilones elegido, este valor obedece al número de 54.5455 TPH. (valor de capacidad equivalente basado en un aumento del 10% de la  velocidad de la cadena, debido a la clasificación del material a transportar como “no abrasivo”, su cálculo se detalla en la pág. 7 de este informe, y estas aclaraciones están

hechas en base al catálogo N° 1000 de Link – Belt). Por otra parte “S” constituye la velocidad de la cadena transportadora (fpm.), y para nuestro diseño este valor es de 132 fpm., debido al carácter “no abrasivo” del material a

transportar (maíz entero), por lo tanto el peso del material transportado por pie de longitud del transportador de cangilones será de:

M

33.33T (33.33)  (54.5455)   13.7741 lb / pie. S 132

Pero nos hacemos la pregunta: ¿es realmente este el peso del material transportado por cada pie de longitud de la cadena transportadora? Un cálculo rápido, ya que conocemos tanto el peso total del material en el ramal de carga de la cadena transportadora (ramal ascendente), así como la longitud de esta cadena transportadora nos lleva a la conclusión de que el peso del material por pie de longitud de la cadena transportadora esta dado según la fórmula:

Peso  del  material  en  el  ramal  de  c arg a  de  la  cadena  transportadora Longitud  del  ramal  de  c arg a  de  la  cadena  transportadora 1935.5625  lb. M  17.616  lb / pie. (219.75  pies / 2)  Además, se sabe muy bien que el requerimiento de nuestro diseño exige que el elevador de cangilones transporte 60 TPH., lo que es lo mismo decir a 2202.6 lb/min, bueno teniendo en cuenta esta indicación, veamos si es que nuestro transportador que se mueve con una velocidad de la cadena transportadora de 132 fpm, puede ser capaz de transportar dicha capacidad de peso, así tenemos que la capacidad de transporte del elevador de cangilones está dada según: M

Capacidad = (17.616 lb/pie) x (132 pies/min) = 2325.312 lb/min.

Consideraremos esta capacidad como la de trabajo de nuestro elevador de cangilones, con el fin de asegurar la perfecta descarga de las 60 TPH al silo de recepción, ya que es inevitable controlar un llenado del 75% de los cangilones, como también evitar la caída del material de estos cangilones tanto en su transporte vertical como en el momento de la descarga.  Ahora nos abocamos al cálculo de la tensión “P5”, la que se calcula en la forma: P5 = 1.2 P4 + MB = 1.2 x 774.5341 lb. + 17.616 x 29.12 = 1442.4188 lb. La simbología “B” representa el diámetro del piñón de la base del transportador, o mejor

dicho el diámetro del piñón conducido, con medidas en pulgadas, como se indica en la pág. 32 del catálogo N° 1050 de Link – Belt. Solo nos falta calcular la tensión de tiro “P6” y esta la calculamos en base a los siguientes factores:

P6  P5  R ( M  W ) Introduciendo los datos pertinentes se obtiene:

P6  (1442 .4188  lb.)  (105  pies )  (17.616  lb / pie  77.5313  lb / pie ) P6 = 11432.8853 lb. Entonces la máxima tensión en la cadena “P1” la calculamos de la siguiente forma:

P1 = P6 - P3 = 11432.8853 lb. – 8915.3206 lb. = 2517.5647 lb. Entonces para el cálculo de la potencia introducimos datos: H

(P1  S  K ) 33000



2517.5647  132  1.15 33000

 11.581  HP.

Durante la realización del informe mediante el uso de esta fórmula de tratamiento de datos, siempre tuvimos la incertidumbre de saber si el valor tomado para la simbología “U”, presentada en la pág. 32 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, era en si el correcto (nosotros tomamos el valor de 14.56 in.), ya que en si la traducción exacta de la especificación viene a ser “distancia horizontal sin apoyos, en pies” (unsupported horizontal distance, feet), pero podemos verificar si es que este valor tomado para “U”

por nosotros es el correcto ayudándonos de la fórmula presentada en el catalogo N° 1050 de Link –Belt en su pág.24 para el cálculo de la holgura (sag) de la cadena, esta se da en base a :

Z  0.375  C  E Dónde: C = Distancia exacta entre ejes, en pulgadas. E = Exceso de cadena, viene a ser la diferencia entre el arco AB y la longitud de la línea AB, en pulgadas. Z = Holgura de la cadena, en pies. Fig.5. Esquema del transportador de cangilones a diseñar con la ubicación de los piñones y señalización de la holgura de la cadena transportadora. (Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág. 24). La distancia exacta entre ejes (C) ya la calculamos con anterioridad en la pág. 22 de este informe y responde al valor de 105 pies = 1260 in. Por otro lado, el exceso de la cadena (E) puede ser tratado como la diferencia entre la longitud actual de la cadena, calculada según el numero de eslabones de la misma en la pag. 15 de este informe con valor de 2637 in., y la primera longitud aproximada de la cadena, calculada en la pág. 12 de este informe con valor de 2606.68 in., ya que esta primera aproximación es en si la longitud de la cadena templada. Así entonces: E = Longitud actual de la cadena – Longitud de la cadena templada E = 2637 in. – 2606.68 in. = 30.32 in. (exceso de cadena).  Ahora compararemos las formulas presentadas para el cálculo de la holgura (sag) de la cadena, tanto en la pag. 24 como en la pag. 32 del catálogo N° 1050 de Link – Belt y manteniendo para una mejor exactitud de los resultados valores en pulgadas (in.)  Así tenemos que:

Z  0.375 U  V  0.375 C  E , al reducir esta ecuación nos queda: U x V = C x E, pero la longitud “V” según las especificaciones dadas viene a ser la diferencia entre la longitud actual de la cadena (2637 in.) y la distancia “U”, por lo tanto

insertando valores a cada uno de los factores específicos se tiene que:

U x V = C x E = U x (2637 – U) = (1260 in.)(30.32 in.) = 38203.2 in². El resultado de esta ecuación nos da la forma de la siguiente ecuación cuadrática: U² - 2637U + 38203.2 = 0, y sus soluciones tienen la forma siguiente:

U

2637 

26372  (4  38203.2) 2

Las soluciones de esta ecuación mostraran tanto los valores de “U” (menor valor de las soluciones) como de “V” (mayor valor de las soluciones), ya que de las propiedades de

ecuaciones cuadráticas (con coeficiente unitario para el primer término de la ecuación, o termino con exponente cuadrático) se sabe muy bien que la suma de ambas soluciones es igual al coeficiente del segundo término de la ecuación cuadrática (termino con exponente unitario) con signo cambiado, es decir a la longitud actual de la cadena (2637 in.), y bien la suma de “U” y “V” no es otra cosa que la misma longitud actual de la

cadena, así entonces se tiene que : U = 14.5679 in. (menor valor de las soluciones de la ecuación cuadrática).  V = 2622.4321 in. (mayor valor de las soluciones de la ecuación cuadrática). Como vemos, los valores obtenidos son prácticamente idénticos a los asumidos para nuestro tratamiento de datos en la obtención de la potencia para el funcionamiento del elevador de cangilones, según el catalogo N° 1050 de Link – Belt. 9.5. Selección de la Potencia de consumo del eje conductor Revisando los valores obtenidos para los diferentes métodos de cálculo, llegamos a la conclusión de que se trabajara con el método indicado en la pág. 35 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, en el cual se obtiene una potencia de arranque del eje conductor de 11.581 HP. Así como también revisaremos nuevamente si la tensión nueva encontrada “P1” es admitida por la cadena transportadora SS4851.  Así tenemos que, siendo los factores de servicio de 1.44, y de corrección de 1.1824 respectivamente, se tendrá una tensión equivalente de: Tensión equivalente = P1 x FS x FC = (2517.5647 lb) x 1.44 x 1.1824 = 4286.547 lb. Otra vez coincidimos que la cadena seleccionada es apropiada para el transporte de material por medio del uso del elevador de cangilones a diseñar, ya que esta tensión se reparte equitativamente entre ambos torones de la cadena, lo que daría como resultado

que la máxima tensión equivalente para una cadena de un solo torón tenga un valor de 2143.2735 lb. Este valor encontrado para la tensión máxima equivalente para una cadena de un solo torón es aceptable para el manejo de la cadena en el uso del transporte vertical por medio de un elevador de cangilones, ya que como antes enunciamos, la tensión admisible de la cadena SS4851 es de 9200 lb. para una cadena de un solo torón. Este método de comparar la máxima tensión equivalente con el valor de la tensión admisible de la cadena se especifica en la pág. 25 y se enseña cómo desarrollarlo en la pág. 26 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, donde se muestran dos ejemplos de cálculo  y selección de cadenas transportadoras. 10. Selección del equipo de potencia Determinemos la potencia requerida por el motor, considerando un 10% por pérdidas de potencia cinemática, se tiene que:

H MOTOR  

11.581  HP  12.87  HP. 0.90

 Así mismo se conocen las revoluciones de entrada (salida hacia el elevador de cangilones), y son de 17.6 rpm. (velocidad del eje recomendada). Por otra parte se ofrece un procedimiento para la selección del motor en la pág. 292 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, siendo los datos necesarios para la elección del motor: Tipo de maquina = Elevador de cangilones de descarga continua.  Velocidad de entrada = 17.6 rpm. Potencia transmitida = 12.87 HP. 10.1. Determinación de la clase de servicio En la Tabla 1, se muestra la lista de clases de servicio dependiendo del tipo de transportador y sus horas de operación, así tenemos que para un elevador de cangilones de descarga continua, que opera 8 horas al día, el catalogo N° 1050 de Link – Belt en su pág. 293 indica: Tabla N° 21: Selección de la clase de servicio del elevador de cangilones  Aplicación Elevador de cangilones de descarga continua

Clase de Servicio 10 horas 24 horas 1

2

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág. 293 – Tabla 1). En este caso tomaremos una clase de servicio 1. 10.2. Revisión de las cargas iniciales y máximas Debemos asegurarnos de que el motor permita iniciar el trabajo del elevador, para esto, determinamos la potencia para la tensión máxima equivalente, esto es:

(P1EQUIVALENTE )  S  K   19 .718  HP. HE  33000 HE 

4286.547  132  1.15  19.718  HP. 33000

Por lo tanto, para seleccionar el motor tomaremos en cuenta una potencia de 20 HP.  Ahora comparamos el valor de la potencia equivalente con el doble de la potencia de trabajo, esto será: Doble de la potencia de trabajo = 2 x 12.87 = 25.74 HP.  Vemos que la potencia equivalente no excede al doble de la potencia de trabajo, por lo tanto se seguirá teniendo en cuenta esta potencia de trabajo de 12.87 HP. 10.3 Selección del motor Los motores no son acoplados en forma directa al eje principal conductor del elevador de cangilones, por ello es necesario usar una cadena motriz para transmitir la potencia, como no se conoce la relación de transmisión para la cadena motriz, seleccionaremos primero la cadena para encontrar el numero de dientes de los piñones. El catalogo N° 1050 de Link –  Belt en su pág. 22, ofrece un procedimiento para la selección de la cadena motriz, el mismo que seguimos a continuación: a) Consideraciones primarias : Potencia a transmitir = 12.87 HP.  Velocidad del eje motriz = Como no se conoce la velocidad de salida del eje motor, podemos asumir un valor inicial de 60 rpm.  Velocidad del eje conductor del elevador = 17.6 rpm. Diámetro del eje motriz = 2 5/8 in. (valor asumido). Diámetro del eje conducido = 5 15/16 in.

Posición relativa de los ejes: el eje conducido (del elevador) se encuentra un poco más abajo que la posición del eje motriz. Horas de operación diaria = 8 horas. Limitaciones de espacio: ninguna.  b) Consideración del factor de servicio En la tabla N° 1 de la pág.27 del catálogo N° 1050 de Link – Belt se muestran los factores de servicio para diferentes condiciones de operación, sin embargo este valor ya fue calculada con anterioridad en la pág. 19 de este informe (donde se muestran las condiciones de operación en nuestro caso), y responde al valor de FS = 1.44. c) Calculo de la potencia equivalente Siguiendo con los lineamientos que recomienda Link –  Belt en su catálogo N° 1050, según los pasos a seguir para la selección de una cadena motriz, en la pág. 22 se indica que debe de multiplicarse la potencia de trabajo (en nuestro caso tiene valor de 12.87 HP.) por el factor de servicio F S = 1.44. Esto nos ofrece este resultado:

H EQUIVALENTE  H MOTOR   FS H EQUIVALENTE  (12.87  HP )  1.44  18 .5328  HP . d) Selección del tipo de cadena motriz En la Tabla 2 de la pág. 27 del catálogo N° 1050 de Link – Belt se haya una tabla que ayuda a seleccionar el tipo de cadena motriz según las condiciones de operación y la potencia equivalente, así tenemos que nuestra selección tentativa recaerá sobre cadenas del tipo Ewart detachable Link – Belt; se muestra a continuación una parte de la tabla, pero que es de nuestro interés. Tabla N° 2: Selección del tipo de cadena motriz.  Velocidad de la

Potencia equivalente

cadena (fpm.)

(HP.)

Hasta 350

Hasta 20

Condiciones de operación

Tipo de cadena (selección probable)

 Atmósfera relativamente

Ewart detachable

limpia, y cargas estables

Link – Belt

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.27 – Tabla 2). e) Seleccion tentativa de la cadena

Para el tipo de cadena seleccionado tentativamente (Ewart detachable Link – Belt), con ayuda de la Carta A de la pág. 27 del catálogo N° 1050 de Link – Belt podemos obtener ahora el numero de cadena especifico a usar, pero aunque la carta está confeccionada en  base a una catalina de 14 dientes, esta nos proporciona una aproximación bien ajustada en función de la potencia equivalente y la velocidad del eje motriz, a continuación se muestra la carta A.

Fig.6. Carta A, para la selección tentativa del numero de cadenas Ewart detachable Link – Belt, pag. 27. Según la gráfica de la carta A, es lógico pensar que en su proyección de la línea que señala el número de cadena 124, esta operara a una velocidad de 60 rpm., y a una potencia equivalente del eje motriz de 18.5328 HP.

f) Determinación del número de dientes del piñón menor En la pág. 29 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt se encuentran las tablas para los diferentes números de cadena del tipo Ewart detachable Link – Belt, pero según nuestra selección tentativa de la cadena motriz, se escogió el número 124, el cual después de una  breve revisión de los demás números de cadena, concluimos que si cumple con los requisitos de potencia equivalente y velocidad del eje motriz.  A continuación se muestra parte de la tabla correspondiente a la cadena número 124 con el fin de hallar el número de dientes del piñón menor (del eje motriz). Tabla N° 23: Numero de dientes del piñón del eje motriz. Cadena 124 con tamaño de eslabones de 4.063 in. Piñón menor

Potencia (HP)

Numero de dientes Diámetro del piñón (in.) 16

 Velocidad del piñón (rpm.)

20.82

50

60

17.50

19.69

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.29). La potencia más cercana a los 18.5328 HP, de potencia equivalente a un régimen de  velocidad del eje motriz de 60 rpm, es de 19.69 HP, por lo tanto al piñón del eje motriz (piñón menor) le corresponden 16 dientes. g) Revisión del diámetro del eje del piñón pequeño Nosotros habíamos supuesto trabajar con un diámetro del eje motriz de 2 5/8 in., pero en la pág. 114 Del catálogo N° 1050 de Link – Belt se muestran tanto las listas resumidas como las completas, para cotejar si es que nuestro supuesto para el diámetro del eje motriz es válido. Tabla N° 24 : Numero de listas de la cadena Ewart detachable Link – Belt 124 Numero de Listas Numero de cadena

124

Listas Reducidas

Listas Completas

 Acero gris con  Acero gris con  Acero de endurecido superficial endurecido superficial molde -------

104A

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.115).

230A

Las listas correspondientes se muestran a continuación: Tabla N° 25: Lista completa 104A de los piñones para la cadena Ewart detachable Link – Belt 124, para acero gris con endurecido superficial (Se especifica una tensión permisible en la cadena de 2830 lb.) Cubo Numero de Diámetro del Peso dientes piñón (in.) Diámetro nominal para Clase Longitud (lb.) rodamiento (in.) (in.) 16

20.82

3 7/16

J

4 1/4

88

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.130). Tabla N° 2: Lista completa 230A de los piñones para la cadena Ewart detachable Link – Belt 124, para acero de molde. (Se especifica una tensión permisible en la cadena de 2830 lb.) Cubo Numero de Diámetro del Peso dientes piñón (in.) Diámetro nominal para Clase Longitud (lb.) rodamiento (in.) (in.) 16

20.82

3 7/16

J

4 1/4

71

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.138). Como podemos ver que el diámetro (3 7/16 in.) del alojamiento para el rodamiento es mucho mayor que el diámetro del eje motriz supuesto (2 5/8 in.), por lo que podemos decir que este tipo de rueda dentada es aceptable para dicho eje. Sin embargo, si miramos los siguientes valores en cuanto al diámetro nominal del alojamiento para el rodamiento, tanto en la lista 104A de la pág. 130, como en la lista 230A de la pág. 138 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, se nota claramente que no se alcanza el valor del diámetro del eje ahora conducido, eje motriz del elevador. En conclusión, el tipo de cadena seleccionada y sus piñones selectos para esta, no cumplirán satisfactoriamente en cuanto a especificaciones de tamaño con el eje conducido (eje motriz del elevador de cangilones), es por ello que atendiendo a las condiciones de operación y el margen de potencia equivalente transmitida por el motor según la Tabla 2 de la pág. 27, del catálogo N° 1050 de Link – Belt, la selección de una nueva cadena no es posible dentro de los tipos de cadenas motrices que en esta tabla se presentan. Una nueva alternativa de selección de cadenas motrices se presenta con el tipo de cadena de rodillos RC, y el proceso de selección de este tipo de cadenas, se detalla

ampliamente en la pág. 175 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, bueno la potencia equivalente total considerando los factores de servicio de la pág.27 ya se conoce, y responde al valor de 18.5328 HP, pero para este tipo de cadenas se halla una nueva potencia equivalente, la que se obtiene de multiplicar la potencia de trabajo del motor (potencia a transmitir) por un nuevo factor de servicio según lo especificado en la pág.175 de este mismo catálogo de Link – Belt, donde se muestra la Tabla 1, que detalla ampliamente los valores del factor de servicio para cadenas motrices de diferentes equipos, a continuación mostramos solo la parte de nuestro interés, que es sobre elevadores de cangilones y de descarga continua. Tabla N° 27: Factores de servicio para cadenas motrices en un elevador de cangilones. Equipo conducido

Factor de servicio

Elevador de

Equipo de Potencia

cangilones Motor

Motor de combustión

hidráulicos

eléctrico o turbina

interna con mandos mecánicos

1.0

1.0

1.2

uniformemente alimentado

1.2

1.3

1.4

Carga uniforme

1.0

1.0

Carga moderada

1.2

1.3

1.4

Carga pesada

1.4

1.5

1.7

Características de carga

Motor de combustión interna con mandos

a) Uniformemente alimentado.  b) No

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.175).

1.2

Como vemos, vamos a sumir que al igual que la cadena transportadora, nuestra cadena motriz también está sometida a una carga moderada (moderate shock load), lo que nos adjudica un factor de servicio de 1.3 para la cadena motriz a seleccionar, por lo tanto, la nueva potencia equivalente para este tipo de cadenas es de:

H EQUIVALENTE  (12.87  HP )  1.3  16.731  HP . Con este valor de potencia equivalente y con la velocidad del eje motriz asumida anteriormente (60 rpm.) seleccionaremos el número de cadena RC de la Carta C, que se detalla en la pág. 176 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, que más se ajuste a nuestro requerimiento; no olvidemos que usamos la Carta C porque allí se detallan las cadenas de rodillos estandarizadas que más se usan, mientras que en la Carta D, se señalan cadenas de doble eslabón, que pueden ser usadas en el manejo de ejes de bajas  velocidades y bajas potencias. Entonces con ayuda de la Carta C, y para los datos de potencia equivalente y velocidad de la catarina conductora (esta es la misma velocidad que la del eje motriz) se obtiene que la cadena recomendada de un solo torón (single strand) se encuentra en el límite entre los numero RC140 y RC160, pero con el fin de lograr una mayor eficiencia y menores perdidas de potencia en la transmisión por cadena, elegimos el numero de cadena RC160. a continuación se muestra un tramo de la Carta C.

Tabla N° 28: Carta C – Selección de la cadena motriz.

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.176). Entonces como ya sabemos que se va a utilizar la cadena RC160 para transmitir la potencia desde motor, de las tablas de especificaciones, en las págs. 148 y 198 del Catalogo N° 1050 de Link –  Belt encontramos las dimensiones y características para esta, a continuación se muestra la tabla :

Tabla N° 29: Especificaciones de la cadena motriz RC160. (de un solo torón). Numero de cadena Link - Belt ASA RC160

160

 Ancho de la cadena (Numero de torones) Simple (1)

Tamaño Tensión del última eslabón (lb.) (in.) 58000

2

rea de contacto con dientes (in2) 0.991

Peso por pie (lb.) 6.50

Tabla N° 29: Especificaciones de la cadena motriz RC160. (Continuación). Pasadores Rodillos B F G H T Numero  A (C) D E de cadena (in.) RC160 1.228 1.413 0.562 1.125 1.25 1.562 1.812 0.812 0.250 (Catalogo N° 1050 de Link – Belt, págs.148 - 198).  Ahora nuestro siguiente paso es encontrar el numero de dientes requerido para el piñón motriz del eje motriz, este lo encontramos, evaluando las especificaciones señaladas en la pag. 198 del catálogo de Link –  Belt, donde se señalan los números de dientes en función de la potencia equivalente (16.731 HP.) y de la velocidad de rotación del eje motriz (hemos asumido 60 rpm.), entonces de la tabla encontramos por simple inspección que el numero de dientes elegido es de 12.  A continuación, mostramos parte de la tabla con la que hemos hallado el número de 12 dientes para el piñón motriz, aunque fue necesaria una pequeña interpolación con el fin de demostrar nuestra selección. (valor más cercano en potencia al real). Tabla N° 30: Determinación del número de dientes del piñón motriz. Potencia equivalente en cadena de un solo torón (HP.) Numero de dientes Diámetro nominal del  Velocidad del piñón menor en el piñón motriz alojamiento (in.) (rpm.) 50 60 100 11 3 1/4 in 13.1 15.36 24.4 1 12 3 /2 in 14.4 16.88 26.8 13 4 in 15.7 18.4 29.2 (Catalogo N° 1050 de Link – Belt, págs.198). Las demás especificaciones del piñón motriz las encontramos en la págs. 174, donde también se detallan las especificaciones para el mandril, y en la pág. 198 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, así tenemos que : Tabla N° 31: Especificaciones del mandril y del piñón motriz. Numero de dientes

 Alojamiento (in.) Cubo (in.) Diámetro Tipo de Peso nominal piñón Mandri (lb.) (in.) Diámetro Longitud l Máximo

12

7.727

B

2 7/16

3 1/2

5 1/4

2 1/4

18

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.174). Tabla N° 32: Especificaciones del piñón motriz Tipo B (para cadena de un torón) Diámetro Diámetro Diámetro Diámetro Máximo Perfil Numero nominal máximo de alojamiento S Longitud de pie del de cabeza del de o alojamiento para el máximo del cubo diente del diente diente dientes primitivo en el cubo keyseat (in.) (in.) (in.) (in.) (in.) (in.) (in.) (in.) 12

7.727

6.602

8.664

5 27/64

3 1 /2

2 3/16

2 1/4 

1.156

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.199). h) Calculo de la relación de transmisión1  Ahora calculamos la relación de transmisión, conociendo las velocidades de rotación tanto del eje motriz como del eje del elevador, así obtenemos:

Re lacion TRANSMISIO N 

RPM EJEMOTRIZ 60   3.41 RPM EJEELEVADOR  17.6

i) Calculo del numero de dientes del piñón mayor motriz Se obtiene multiplicando la relación de transmisión obtenida por el número de dientes del piñón motriz perteneciente al eje del motor, así tenemos que:

 N PIÑONMAYOR   Re lacion TRANSMISIO N  N PIÑONMENOR   N PIÑONMAYOR   3.41  12  40.92  dientes. Pero, como no se puede tomar este número de dientes, tomamos un valor entero, por lo tanto el piñón motriz del eje del elevador tiene 41 dientes. Anotamos ahora las especificaciones del piñón motriz del eje del elevador, a continuación: Tabla N° 33: Especificaciones del piñón mayor motriz. (Tipo B) Numero de dientes

Diámetro primitivo (in.)

Diámetro de pie del diente (in.)

Diámetro de cabeza del diente (in.)

Longitud del cubo (in.)

Perfil del diente (in.)

41

26.127

25.002

27.25

3 1/4 

1.156

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.199).  Ahora observamos tanto de las especificaciones del piñón motriz del eje del motor, como del eje del elevador, que los diámetros tomados, 2 5/8 in, y 5 15/16 in., son menores que el diámetro de alojamiento del cubo, claro que como para el piñón mayor no se muestran en lista valores, de la pág. 174 del catálogo N° 1050 de la firma Link – Belt, se señala que

para un piñón de 24 dientes el diámetro máximo del alojamiento en el cubo es de 9 5/8 in. por lo que es de suponer que piñones de más cantidad de dientes manejan un diámetro de alojamiento en el cubo mucho mayor, entonces teniendo de consideración los datos antes presentados concluimos que si podrán ser alojados los ejes en sus respectivos piñones.

 j) Calculo de la longitud de la cadena En el libro de Faires, “Diseño de Elementos de Maquinas, en la pág. 610, nos indican que

la longitud recomendada entre ejes motrices debe ser igual al producto de la suma del diámetro del piñón más grande con la mitad del diámetro del piñón menor, así tenemos que este primer cálculo nos da:   Longitud  entre  ejes  DiametroPIÑON  MAYOR 

Longitud  entre  ejes  26.127 

DiametroPIÑONMENOR  2

7.727  29.9905  30  in . 2

Para determinar la longitud de la cadena, tendremos en cuanta los siguientes, factores, y la ayuda de las ecuaciones presentadas en la pág. 37 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, puesto que los tamaños de los piñones son diferentes, así tenemos que siendo: e = Distancia deseada entre ejes = 30 in. E = Distancia exacta entre ejes. (Incógnita). g = Diámetro del piñón menor = 7.727 in. G = diámetro del piñón mayor = 26.127 in. N = Numero de eslabones en la cadena. P = Tamaño del eslabón de la cadena RC160 = 2 in. t = Numero de dientes del piñón menor = 12 dientes. T = Numero de dientes del piñón mayor = 41 dientes. Calculo del Factor A:

A

G  g 26.127  7.727   0.307 2e 2  30

En la Tabla N° 12, de la pág. 37 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, se muestran los diferentes valores para el factor A, y como para nuestro caso no existe el valor listado en la tabla, será necesaria una interpolación directa, así tenemos que:

Tabla N° 34: Factores para el cálculo de la longitud entre centros y de la longitud exacta de la cadena motriz RC160.  A

B

C

D

0.30486

1.9048

4.014

0.5986

0.307

1.9034

0.4007

0.5993

0.30902

1.9021

4.000

0.6000

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.37 – Tabla 12).  Ahora como ya conocemos los valores para los diferentes factores de cálculo, podemos fácilmente calcular el valor del número de eslabones, según la siguiente formula:  Numero  de  eslabones   Numero  de  eslabones 

Be

 (C  t )  ( D  T )

P (1.9034  30)

 (0.4007  12)  (0.5993  41)

2  Numero  de  eslabones  57.9307  58  eslabones.

Entonces, ahora para el cálculo de la distancia exacta entre centros (E), se hará uso de la siguiente formula: E

( N  Ct  Dt )P B



58  (0.4007  12)  (0.5993  41) 2 1.9034

 30.073  in .

Todas estas fórmulas antes usadas, se presentan en la pág. 37 del catálogo N° 1050 de Link – Belt. Para la longitud exacta de la cadena, usamos la formula antes citada, del libro de Diseño en la Ingeniaría Mecánica, por J. Shigley, esta es:

L 2C  N1  N 2 ( N 2  N1 ) 2    P P 2 4  2 (C / P ) Dónde: L = longitud de la cadena transportadora (in.). P = Paso o longitud de un eslabón de la cadena transportadora = 2 in. C = Distancia entre ejes = 30.07 in. N1 = Numero de dientes en la catarina menor = 12 dientes. N2 = Numero de dientes en la catarina mayor = 41 dientes. Simplificando la ecuación presentada, cambiamos a la siguiente forma:

( N 1   N 2 )  P P  ( N 2  N 1 )2 L  2C   2 4 2 C (12  41)  2 2  (41  12)2 L  (2  30.073)    115.979  116  in . 2 2 4  30.073 Lo mismo que se demuestra si es que se hubiera tomado el producto del número de eslabones (58), por el tamaño de cada uno de estos (2 in.) k ) Calculo de la holgura de la cadena (sag) En la pag. 24 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt encontramos una fórmula que nos permite el cálculo de la holgura de la cadena, según:

S  0.375 C  E Siendo: C = Distancia entre ejes = 30.073 in. E = Exceso de cadena a la longitud de la cadena templada, lo calculamos como:  D   D CONDUCIDO   MOTRIZ  E  L  2C 

2

2

Dónde: L = Longitud de la cadena = 116 in. DMOTRIZ = 7.727 in. DCONDUCTOR = 26.127 in. Introduciendo los datos pertinentes, obtenemos:   7.727   26.127 E  116  2  30.073    2.676  in .

2

2

 Ahora calculamos entonces el valor de la holgura de la cadena, así:

S  0.375  30.073 2.676  0.458  in . Este valor es aceptable puesto que cumple con la recomendación de Link – Belt, en su pág. 21, catalogo N° 1050 de que la longitud de la holgura de la cadena debe ser para una mejor eficiencia de la transmisión entre 2 y 3 % del valor de la distancia entre centros. l) Calculo de la velocidad de rotación del eje del motor Debido a que ya conocemos el número de dientes de ambas catarinas, procederemos ahora a calcular la velocidad de salida del eje del motor, para luego determinar su selección, así tenemos que:

RPM EJECONDUCIDO  N DIENTESCONDUCIDO  N DIENTESCONDUCTOR  (17 .6  rpm)  41  60 .133  rpm. RPM EJEMOTOR   12 RPM EJEMOTOR  

Entonces de las tablas de velocidades de salida de ejes para motoreductores, tomaremos la velocidad próxima o más cercana superior, esta corresponde a 68 rpm. Por lo tanto, tendremos que:

RPM EJEMOTOR   68  rpm. RPM EJEMOTOR  68 Re lacion TRANSMISIO N    3.864  rpm.(real). RPM EJECONDUCIDO 17.6 m)Calculo de la velocidad real de la cadena motriz Tanto en la pág. 22 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, como en la bibliografía de J. Shigley (Diseño en Ingeniería Mecánica) en su pág. 770 se muestra una práctica fórmula para la obtención de la velocidad de desplazamiento de la cadena transportadora, la misma que se define como el número de unidades de longitud de la cadena que sale de la catarina por unidad de tiempo, por lo tanto, la velocidad de la cadena transportadora en fpm. (pies/min.) es de :

S

TPn 12

Donde : S = Velocidad de la cadena en pies/min. T = Numero de dientes en el piñón conductor = 12 dientes. P = Longitud de paso o de un eslabón de la cadena = 2 in. n = Velocidad de rotación del eje conductor = 68 rpm. Introduciendo los valores adecuados en la formula, se obtiene: 12  2  60 S  136  pies / min . 12 No nos olvidemos que en la pág. 198 del catálogo de Link – BELT, se indica claramente que el tipo de lubricación de la cadena RC160 escogida es del Tipo 2, manejando  velocidades de cadena hasta de un máximo de 330 pies/min., entonces con la velocidad de nuestra cadena motriz encontrada de 136 pies/min., nos queda ampliamente demostrado que este tipo de lubricación si es aplicable a la cadena. n) Lubricación de la cadena motriz En primer lugar, estableceremos la viscosidad del aceite lubricante, según la temperatura atmosférica de trabajo, esta información la encontramos en la pág.244 del catálogo N° 1050 de Link – Belt.

La viscosidad del aceite a manejar como lubricante de la cadena motriz RC160, y porque no también de la cadena transportadora SS4851, es SAE 30, ya que son manejables para rangos de temperatura atmosférica mucho más acorde con nuestro medio, es decir entre  valores de 40 °F (4.45° C) y 100 °F (°37.78 °C); a continuación se muestra la tabla para la selección del aceite de lubricación: Tabla N° 35: Selección del grado de viscosidad SAE del aceite de lubricación de la cadena motriz RC160. Temperatura atmosférica Numero de a los alrededores del eje  Viscosidad SAE (°F) 20 a 40 20 40 a 100 30 100 a 120 40 120 a 140 50 (Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.244). Debido a las indicaciones de la pág. 198 del catálogo N° 1050 de Link –  Belt, que anunciamos antes, se debe de lubricar la cadena con el método 2 de lubricación, llamado “Lubricación por goteo” (Drip – cup lubrication), siendo este método semi automático y aplicado a pequeñas potencias de transmisión y para cadenas que tiene una velocidad menor a los 600 pies/min. Los cuentagotas son montados sobre una tubería y en la posición adecuada para que el aceite gotee en el centro más bajo de la cadena. Entre 4 a 10 gotas por minuto son suficientes para una buena lubricación de cadenas de bajas velocidades, mientras que un mínimo de 20 gotas es recomendado para altas velocidades de la cadena. En este método de lubricación de cadena, no importa la posición relativa entre ejes. o) Selección del Motoreductor : En la tabla 2 de la pág. 294 del catálogo N° 1050 de Link .- Belt, encontramos los diferentes tipos de motoreductores a seleccionar, entonces buscamos dentro de estas tablas, los valores de acuerda a velocidad de salida del eje, de 68 rpm., y de potencia transmitida (12.87 HP, es la de trabajo del motor), así tenemos que tomando el valor más cercano inmediato superior la selección se hará en base a una potencia a transmitir de 15 HP. Se muestra a continuación parte de la tabla de motoreductores :

Tabla N° 36: Selección del motoreductor Potencia del motor a 1750 rpm.  Velocidad de salida del eje motriz (rpm)

Relación de transmisión

Clase de servicio

15 HP. Número del armazón del motor Nema 284U

68

25.6

1

15EDB1

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pág.294). EL motoreductor seleccionado es el de la serie 15EDB1. La explicación de la serie 15EDB1 se muestra a continuación: 15 = Potencia del motor. E = Tamaño del motor = Tamaño mínimo del diámetro del piñón motriz = 6.3 in. D = Reducción = Doble. B = Motoreductor. 1 = Clase de servicio. Según las especificaciones del tamaño del motoreductor, verificamos que si es aceptable,  ya que el diámetro del piñón motriz elegido es de 7.727 in., mayor a nuestra base de 6.3 in. p) Revisión de las cargas excesivas Cuando el motor no va directamente acoplado al eje del cangilón, como es nuestro caso, se requiere saber si es que el motoreductor elegido, soportara las cargas excesivas (overhung load), esto responde a la siguiente fórmula: C arg a  excesiva 

126000  F  H D  N

Dónde: D = Diámetro del piñón motriz = 7.727 in. F = Factor para la transmisión (para cadena : F = 1.0). H = Potencia transmitida = 15 HP. N = Velocidad del eje motor = 68 rpm. Reemplazando valores, se tiene que: C arg a  excesiva 

126000 1.0 15  3597.013  lb. 7.727  68

En la pág. 306 del catálogo N° 1050 de Link – Belt, encontramos los valores de carga excesiva para cadena tamaño del motor, así tenemos que: Tabla N° 37: Cargas máximas excesivas admisibles Tamaño del Eje

Máxima carga de exceso  Velocidad del eje motriz (rpm.)

68/65 Relación de transmisión 25.6 E

6445 lb.

(Catalogo N° 1050 de Link – Belt, pag. 306). Como podemos ver, la carga máxima excesiva es superior a nuestro valor encontrado de 3597.013 lb., por lo tanto concluimos que nuestro motoreductor estará en capacidad de cumplir con su trabajo especificado. Otras especificaciones del motoreductor, es su voltaje de AC (tensión alterna), conexión trifásica a la red, y una frecuencia de 60 Hz. 11. Especificaciones de la cubierta  Ya hemos establecido anteriormente las dimensiones del interior de la cubierta, pero como una de las condiciones de operación es ambiente moderadamente empolvado que equivale a decir ambiente relativamente limpio, según las especificaciones presentadas en el catalogo N° 1000 de Link – Belt en la pag. 314, se obtienen los siguientes datos de espesor de cubierta: Tabla N° 21: Especificaciones de la cubierta Espesores y materiales para cubiertas recomendados Condiciones de Operación Lista de espesores de cubierta 3/16 in. 1/4 in. 14 ga. 12 ga. 10 ga. Relativamente 3/16 in. 1/4 in. 14 ga. 12 ga. 10 ga. limpio (Catalogo N° 1000 de Link – Belt, pág.314). 12. Plataformas de servicio En la pág. 103 del catálogo de Stephens Adamson MFG.Co., y en la pág. 351 del catálogo N° 1000 de Link – Belt, se muestran las especificaciones para las plataformas de servicio en función de las dimensiones interiores de la cubierta, pero aunque no encontramos las dimensiones para nuestro caso, las aproximamos por interpolación, así tenemos que: Tamaño Interior de Cubierta (in.) 30 x 60

Tabla N°11: Especificaciones de plataforma Peso  A B C D Promedio in. (in.) 1450 30 60 135 170

13. Análisis del Eje transportador : Se tiene la siguiente configuración para el eje:

Dónde: R 1, R 2 : Reacciones en los soportes con rodamientos. F1: Fuerza Total en la catarina conductora del elevador de cangilones. F2: Fuerza Total en la catarina motriz del elevador. (PCATARINA-CADENA-RC160) 13.1. Calculo de la Fuerza F1 : F1 = P6 + P3 + PCATARINA-CADENA-SS4851 P6 = 11432.8853 lb. (ramal ascendente) P3 = 8915.3206 lb. (ramal descendente) PCATARINA-CADENA-SS4851 = 200 lb. PCATARINA-CADENA-RC160 = 150 lb.  Así entonces: F1 = 20548.2059 lb. F2 = 150 lb. 13.2. Calculo de las Reacciones R 1, R 2 : F y  = 0  R 1 + R 2 = F1 „ + F1 „‟ R 1 + R 2 = 20548.2059 lb. + 150 lb. R 1 + R 2 = 20698.2059 lb. Por momentos : 3F1 - 6 R 2 + 8F1 = 0 reemplazando datos:  3(20548.2059) - 6 R 2 + 8(150) = 0 Entonces : R 2 = 10474.103 lb. R 1 = 10224.103 lb. Diagramas de los Momentos Flectores y Fuerzas cortantes :

Calculo del Torsor : T = T2 - T1 T1 : Torsor debido a las cargas del transportador. T2 : Torsor debido al motor. T1 = (P6 - P3). r

T1 = (11432.8853 lb - 8915.3206 lb.)(14.56 in.) T1 = 36655.742 lb.in. Siendo “P”, la potencia suministrada por el motoreductor (15 HP), y “w”, la velocidad de rotación del eje conductor del elevador de cangilones (17.6 rpm.), según J. Shigley (pág. 60), el par de rotación o torque transmitido por el motor en unidades de “lb.in” está

dado según la siguiente ecuación: T2 

63000  P 



63000 15  53693.1818  lb.in . 17.6

T2 = 53693.1818 lb.in. Luego : T = T2 - T1 = (53693.1818 - 36655.742) lb.in. = 17037.4398 lb.in. Calculo de Esfuerzos : Mmáx = 184033.854 lb.in. Mmín = - 1799.9982 lb.in. T = 17037.4398 lb.in. m = 0

32M má x  má x    d3

 m ín  

 máx 

a 

32M m áx

  d3

m 

16Tmá x   d3

32 M m áx 1874553 .444   d3 d3 16Tm áx

 d3



86770 .9684 d3

a = 0 

2

 eqm   m  3 m

 eqm  3   m  

2

150291.7258

 eqa   a  3 a  eqa   a 

2

d3 2

1874553.444 d3

Dejamos los esfuerzos expresados en función del diámetro para comprobar si el diámetro asignado es el adecuado, para ello tenemos que hallar el factor de seguridad. Factor de Seguridad: Consideramos para el eje, Material: acero AISI 4340 Q&T Sut = 1720 MPa S y  = 1590 Mpa Sut = 249.573 kpsi S y  = 230.550 kpsi  Aplicando el criterio de GOODMAN para predicción de resistencia a la fatiga en caso de ejes (ver Diseño en Ingeniería Mecánica por J.Shigley, pág. 800), donde:

1  eqm  eqa    N S y Se El límite de resistencia a la fatiga del elemento mecánico, está dado por: Se = K a x K  b x K c x K d x K e x Se‟ El límite a la fatiga de la muestra de viga rotatoria, se calcula (ver J.Shigley, en su pág. 312) mediante: Se‟ = 0.504Sut = 0.504 x (249.573 kpsi) = 125.7848 kpsi  Ahora continuaremos con el cálculo de los factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga, estos son: a) Factor de superficie: K a  = a.Sut b, considerando un acabado de superficie “maquinado”, entonces según la Tabla 7 – 4, pág. 318 de J. Shigley, se tiene que: a = 2.7 (maquinado), b = - 0.265, insertando valores se obtiene: K a = (2.7)(249.573) (- 0.265) = 0.6253  b) Factor de Tamaño : Según J. Shigley, en su pág. 318, se indica que en el caso que el diámetro del eje sea mayor a 2 in, entonces este factor varía de 0.60 a 0.75 en flexión y torsión; es por ello que para nuestro diseño hemos tomado: K  b = 0.7 c) Factor de carga : Según J.Shigley, en su pág. 320, para una carga de flexión se debe tomar : K c = 1 d) Factor de temperatura : Según la tabla 7–5, presentada por J.Shigley en la pág. 321, para una temperatura de operación entre 40 y 100 °F (se estableció este rango de temperaturas de operación en la pág. 49 de este informe con fines de lubricación), ha de tomarse para este factor el valor de: K d = 1 e) Factor de efectos diversos : Como no consideramos puntos de concentración de esfuerzos en el eje conductor del transportador de cangilones, tomaremos: K e = 1 Por lo tanto tomando en cuenta los valores encontrados para cada uno de los factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga, éste límite estará dado mediante el siguiente resultado: Se = (0.6253)(0.7)(1)(1)(1)(125.7848) = 55.0573 kpsi. Para el diámetro recomendado 5 15/16 in., encontramos su factor de seguridad:  eqm   eqa 

150291.7258 d

3



150291.7258 5.93753

 0.718  kpsi.

1874553.444 1874553.444   8.955  kpsi d3 5.93753

Luego, insertando valores en la ecuación de Goodman, se tiene : 1 0.718 8.955    N 230.55 55.0573 Obtenemos entonces: N = 6.0327

Por lo tanto, debido a que hemos encontrado un valor del coeficiente de seguridad para nuestro eje transportador de N ≈ 6 (aproximadamente), podemos concluir que el diámetro recomendado para el eje conductor del elevador, por el catálogo N° 1000 de Link – Belt, de 5 15/16 in., es aceptable. Cálculo de Rodamientos para el eje transportador: Según el catálogo de rodamientos SKF, para este tipo de máquinas industriales, en su pág. 34 se le asigna una vida nominal de 30000 horas, así mismo según las características del transportador de cangilones se requiere un rodamiento que trabaje en excelentes condiciones para carga combinada (ya que el eje está sometido a flexión y torsión) y una  buena compensación de desalineación en funcionamiento (debido a que el eje en su movimiento rotacional tiende a deslizarse sobre sus soportes debido a la gran carga que soporta la cadena transportadora), entonces nos sería de muy buena utilidad según estos puntos, en lo indicado en el catálogo de SKF págs. 24-25 , rodamientos de rodillos a rótula. a) Rodamiento en el apoyo A De la disposición de fuerzas y reacciones presentadas, en la pág. 52 de este informe, concluimos que el apoyo A sólo está sometido a fuerza radial, por ello tomamos, según carga dinámica: P1 = 10224.103 lb = 4641.743 N (en el primer apoyo del eje transportador). De la fórmula de vida nominal para rodamientos:  p

L10h

1000000  C     60n   P 

Dónde: n = 17.6 rpm. (velocidad de rotación del eje transportador) p = 10/3, para rodamientos de rodillos, es así que tenemos una carga dinámica equivalente de: 10 10 60 n L   60  17 .6  30000 10 h 3 C1  P1  3 4641 . 743    13089 .31  N. 6 6 10 10 Este valor de carga dinámica equivalente para un eje de diámetro de 5 15/16 in., nos da a seleccionar un rodamiento de rodillos de rótula 23232 CC/W33 (este rodamiento presenta agujero cilíndrico, catálogo SKF, pág. 476)  b) Rodamiento en el apoyo B Para el apoyo “B”, se presenta una fuerza radial semejante:

P = 10474.103 lb. = 4755.243 N. (en el segundo apoyo del eje transportador). Siguiendo los mismos pasos que antes, y con los mismos datos salvo el de fuerza radial, encontramos una carga dinámica equivalente de:

C 2  P2 

10 3

10 60  n  L10 h 60  17 .6  30000 3 4755 . 243    13409 .37  N. 6 6 10 10

Entonces, elegimos el mismo tipo de rodamiento que para el apoyo “B”.

c) Soportes para Rodamiento En la pág. 806, del catálogo de SKF, se recomienda soportes de pie para rodamientos de agujero cilíndrico Tipo SNH 232 TG, para soporte con doble labio, para un diámetro del eje transportador de 5 15/16 in.

12. APLICACIONES 12.1.-LA INDUSTRIA DEL CAFÉ Y LA IMPORTANCIA DE LA SELECCIÓN DE CANGILONES Los elevadores de cangilones son usualmente conceptuados como componentes menores en las plantas procesadoras de café, y la mayor atención es puesta en la selección de las máquinas mismas. Por supuesto la maquinaria es el corazón de cualquier planta procesadora de café - beneficio húmedo, secado, beneficio seco - pero sin elevadores eficientes la operación toda de la planta puede estar comprometida, con riesgos que van desde daño físico a los granos de café a paradas frecuentes y reducción de la producción. Los elevadores de cangilones son equipos mucho más sofisticados de lo que usualmente se piensa. Considerando el alto precio del café en comparación con otros granos, resulta importantísimo evitar el daño físico en su transporte de una máquina a otra. Esto requiere control de la velocidad de la correa del elevador, diseñar apropiadamente el sistema de alimentación y descarga (por ejemplo, la base y el cabezal) y la adecuada escogencia de las poleas. La capacidad y eficiencia de un elevador también están relacionadas a los parámetros de diseño mencionados arriba, en especial la forma del cangilón y el sistema de alimentación. Finalmente, los diferentes productos de café - cereza, pergamino u oro, húmedo o seco - requieren un criterio de diseño diferente. No es de sorprender que Pinhalense tenga varias líneas de bases y cabeza de elevadores, una amplia gama de poleas con diferentes diseños y materiales, y diferentes tipos de cangilones. Estos elementos se conjugan para crear los elevadores que mejor se adaptan a los diferentes tipos de café a ser transportados. No es inusual tener dos o hasta tres tipos de elevadores en la misma planta procesadora porque los productos de café a menudo cambian como resultado de su procesamiento, por ejemplo, de pergamino húmedo a seco, café pergamino a café oro, etc.

El número de escogencias mencionadas arriba y la necesidad de Individualizar los elevadores en relación a los productos de café para ser transportados, indican cuan ingenuo puede ser el uso en un beneficio de café de elevadores de cangilones que han sido diseñados para granos u otros productos.

 Asimismo, es ingenuo, más bien preocupante, que se tengan elevadores hechos por un taller no especializado con el objetivo de ahorrar dinero. dinero. Otro aspecto de la tecnología de los elevadores de cangilón se refiere a como los mismos son acoplados a las máquinas que alimentan o reciben el café. Algunos parámetros deben ser considerados: tipo de producto de café, nivel de humedad, grado de impurezas presentes, puntos de alimentación y descarga y sus respectivas alturas, capacidad de producción de la máquina, etc. Si estos parámetros no se toman en serio existe un alto riesgo de que la maquinaria no operara a completa capacidad o hasta se atoraría y pararía la línea completa de producción. Existen muchas plantas procesadoras de café que tienen silos los cuales no pueden ser llenados a su completa capacidad y máquinas que no pueden entregar su completa producción debido a problemas relacionados con una pobre selección o diseño de los elevadores de cangilón 12.2.-APLICACIÓN EN EL DISEÑO ÓPTIMO DE UN TERMINAL PORTUARIO  AGROALIMENTARIO El utilaje que se emplea en las terminales a granel difiere si se trata para la carga o para la descarga de materiales del buque. Para la descarga los métodos más usuales son cucharas  y elevadores de cangilones. Las primeras tienen aplicación en terminales de poco movimiento en el que el apile se efectúa en la zona cercana al muelle. Con los elevadores de cangilones se puede alcanzar un rendimiento de 5000 ton/hora, el doble que con las cucharas. Según el Código de Cargas a Granel, Granel sólido es; “cualquier carga no líquida ni gaseosa, constituida por una combinación de partículas, gránulos o trozos más grandes de materia, generalmente de composición homogénea, que

se embarca directamente en los espacios de carga del buque sin utilizar para ello ninguna forma intermedia de contención”

Reparto porcentual del tráfico mundial de granel sólido: Carbón y mineral de hierro 38%, Cereales 18%, Bauxita/alúmina y fosfatos, un 4% cada uno, Un 36% para el resto de gráneles sólidos.

 ÁREA 1: CARGA Y DESCARGA  Descarga al muelle: Con destino a almacenamiento o expedición directa vía camión y/o ferrocarril Sistema Discontinuo: Pórticos descargadores y grúas pórtico o convencionales, vía cuchara, grúas móviles Sistema Continuo: 4.

 Vía procedimientos mecánicos: procedimiento de correas de tornillo, elevadores de cangilones.

5.

 Vía procedimientos neumáticos: por aspiración (para cereales), impulsión (para harinas), combinación de ambos

 ÁREA 2: Almacenamiento 2: Almacenamiento y Manipulación  ÁREA 3: Recepción y Entrega Criterios para la Elección del Equipamiento La elección de un tipo u otro dependerá de las siguientes variables:

sándwich, descargadores

6.

Previsión del volumen de tráfico a manipular así como definición de la existencia o no de fluctuaciones en el mismo (estacionalidad en el tráfico) t ráfico)

7.

Tamaño y características del buque tipo

8.

Tasas de rendimiento que se persiguen en la carga y descarga

9.

Consumo de energía del equipo

10.

Tipo de gráneles a manipular y Características de los mismos (densidad, tamaño del grano, estructura, toxicidad, riesgo de polución, sensibilidad del mismo a condiciones climatológicas adversas…)

EJEMPLO DE TERMINALES

14.Bibliografía 14.Bibliografía 14.1. “Materials Handling and Processing Equipment”, Catálogo N° 1000,

Link – Belt. 14.2. “Materials Handling and Processing Equipment”, Catálogo N° 1050,

Link – Belt. 14.3. “S – A: – A: Buckets Elevators”, por Stephens Adamson MFG MFG . CO. 14.4. “Manual del Ingeniero Mecánico de Marks”, Marks L., Uthea, México 1960. 14.5. “Manual del Constructor de Máquinas”, Dubbel H., Editorial Labor S.A.

Barcelona, España. 14.6. Catálogo de Cadenas Ewart Chainbelt, N° 400. 14.7. Manual AISC (Institute American of Steel Construction), “Perfiles americanos de vigas estandar”

Catálogos electrónicos : a) “Seguridad, Instalación e Instrucciones para el servicio de Elevadores de Cangilones”, por Screw Conveyor Corporation.

 b) “Elevadores de Cangilones de Super Capacidad”, Catálogo N° 597, por Screw Conveyor Corporation. c) “Elevadores de Cangilones para Variadas Aplicaciones”, Catálogo N° 201, por Screw Conveyor Corporation. d) “Elevadores de Cangilones”, catálogo de productos, por Hayes&Stolz Industrial Manufacturing Co, INC.

 13.-PLANOS DEL ELEVADOR DE CANGILONES