GENERALIDADES ACERCA DEL MANEJO DE MATERIALES. El problema del Manejo de Materiales. El Manejo de Materiales es parte esencial de todo proceso de manufactura y' ocurre cada vez que un material, parte a producto terminado se Mueve a es transportado de un lugar a otro. Este se presenta a través del cielo completo de fabricación fabricación del producto, antes, durante y después del proceso. Las materias primas generalmente se transportan desde su origen hasta algún tipo de operación primaria, antes de que finalmente se lleve a la planta manufacturera. Durante su elaboración las componentes y subproductos se trasladan entro estaciones de trabajo hasta adquirir su conformación final, después de ello; el producto es distribuida a las distintos usuarios. Completada su vida útil, éste es desechado a se usa como desperdicio reciclable; aún en el casa que se desecho, por lo menos un movimiento más es necesario para llevarla a su depósito final. En el caso que el desperdicio sea rec recuperado rado ocu ocurre rre un movimie imien nto de reto etorno rno a la operac ración ión prim rimaria aria para su reprocesamiento. El costo asociado con el Manejo de Materiales está a menudo oculto, es desconocido o no se conoce en toda su magnitud. Pocas industrias industrias han realizado realizado estudio para cuantificar el monto total de los costos de la manipulación de los materiales respecto al costo total de producción, y si no se tiene clara esta situación, no se pueden tomar correctivos al respecto. Con Con frec frecue uenc ncia ia se dice dice que que EL MEJO MEJOR R MANE MANEJO JO QUE QUE SE PUED PUEDE E HACE HACER R DE UN MATERIA MATERIAL L ES NO MANEJAR MANEJARLO", LO", sin embargo embargo,, es un ideal ideal que que nunca nunca pued puede e ser logrado logrado,, ya que las parte partes s y los produc producto tos s siemp siempre re tiene tienen n quere quereci cibir birse, se, clasi clasific ficars arse, e, cont contars arse, e, moverse, almacenarse, procesarse y despacharse. Dependiendo Dependiendo de la naturalaza naturalaza de la industria, industria, el costa de manejo de materiales materiales puede representar desde un 5% hasta un 90% del costo total de producción, con un promedio probable del 25%. Durante la manipulación se añade muy poco o ningún valor al producto, pero pero se lo inco incorp rpor ora a cost costo o adic adicio iona nal, l, lo que que hace hace que que esta esta acti activi vida dad d se cons consid ider ere, e, improductiva y de acuerdo a las filosofías de productividad y calidad, esto representa un "desperdicio". En virtud de lo anterior cuanto mayor esfuerza se dedique a la reducción del manejo de materiales, tanto más competitivo será el producto, sin embargo, como las posibilidades de eliminarlo totalmente son remotas las acciones deben estar orientadas a su mejoramiento continuo. El manejo de materiales hoy en día es una actividad muy amplia, que abarca desde el transp transport orte e de las mater materias ias prima prima desde desde su lugar lugar de origen origen su manip manipula ulació ción n duran durante te el procesamiento, hasta el envío de los productos en camiones, gandolas, trenes, aviones o barcos hasta los mercados; sin embargo en el contexto contexto de este trabajo, se limitará el estudio al flujo de materiales dentro de la empresa, es decir desde la recepción de la materia prima hasta el despacho de los productos a los clientes.
Definición de manejo de materiales.
La Sociedad Americana Americana de Manejo de Materiales, ha definido el manejo de materiales en form forma a ampl amplia ia como como:: "EL "EL ARTE ARTE Y CIEN CIENCI CIA A DEL DEL MOVI MOVIMI MIEN ENTO TO,, EMPA EMPACA CADO DO Y ALMACENAMIENTO DE SUSTANCIAS EN CUALQUIERA DE SUS FORMAS" MANEJA MANEJAR R MATERIA MATERIALES: LES: consiste consiste en el suminis suministro, tro, mediant mediante e el uso del método método correcto, de la cantidad exacta del material adecuado, En el lugar indicado, en el momento preciso, en la secuencia indicada en las mejores condiciones y al mínimo costo posible. El mane manejo jo de mate materi rial ales es,, incl incluy uye e cons consid ider erac acio ione nes s de MOVI MOVIMI MIEN ENTO TO,, LUGA LUGAR, R, CANTIDAD, TIEMPO Y ESPACIO.
Propósito del manejo de materiales.
El propósito de las técnicas y equipos de manejo de materiales es el suministro suministro de los
materiales necesarios en el tiempo preciso en el lugar adecuado, así como la maximización y la utilización del espacio y la minimización del número de pasos de manejo, realizando los estrictamente necesarios, tan eficientemente como sea posible. Las técnicas de manejo de materiales aplicadas adecuadamente pueden mejorar las operaciones de las siguientes maneras: Reducción ón de costos costos. El cost a) Reducci costo o de una una oper operac ació ión n pued puede e redu reduci cirs rse e por por la eliminación de manejo innecesario a repetitivo y por la integración de pasas de manejo de materiales con el flujo de materiales a través de la planta. b) Reducción de la Mano de Obra. Buenas prácticas de manejo de materiales, evitan el excesivo esfuerza manual y generalmente reducen la mano de obra a niveles mínimas necesarios. c) Mayor seguridad. Reduciendo la mano de obra y las tareas manuales inseguras se mejor mejora a la segur segurida idad d total total de una opera operació ción. n. Sist Sistem emas as meca mecaniz nizad ados os equip equipad ados os con con interruptores de seguridad pueden reducir accidentes durante las operaciones. Incremento ento de la capaci capacidad dad produc productiv tivaa. El mane d) Increm manejo jo de mate materi rial ales es pued puede e incrementar la capacidad de una fábrica con el uso eficiente del espacio disponible para el trabajo trabajo y el almace almacenam namient iento, o, promovie promoviendo ndo el efectivo efectivo control control de inventar inventario io aumenta aumentando ndo la capacidad mediante el uso de equipo mecanizado. e) Reducción de desperdicio. Mejoras en el manejo de materiales en proceso, mejora la calidad del producto, reduce los desperdicios y minimiza las daños al mismo. Un eficiente manejo reduce el desperdicio y las pérdidas de materiales mediante un eficiente Control del Inventario. f) Mejora servicio a los clientes . Mejores métodos de manejo, ayudan a servir a los client clientes es más más efici eficient entem ement ente, e, asegu aseguran rando do que que sus sumini suminist stros ros llegue lleguen n a tiemp tiempo, o, en la cantidad requerida con daños mínimos. g) Mayor productividad. Efectivo manejo de materiales incrementa la productividad de los los emp emplea leados dos,, mejo mejora ra la la utili utiliza zació ciónde nde la maq maquin uinari aria a y ayud ayuda a a la empre empresa sa a ser ser mas mas competitiva.
Principios de manejo de materiales.
En Junio Junio de 196 1966, 6, el el Insti Institu tuto to de de Mane Manejo jo de de Mater Material iales es y la la Socie Socieda dad d de Gere Gerente ntes s de Materiales de los Estados Unidos, establecieron los 20 principios de Manejo de Materiales como producto de una selección de conocimientos y experiencias acumuladas de muchos usua usuari rios os y est estud udio ioso sos s del del Mane Manejo jo de Mate Materi rial ales es.. Est Estos os prin princi cipi pios os son son los los sigu siguie ient ntes es:: 1) Principi Principio o de de la planific planificació ación n Planifique todas las actividades de manejo de materiales para obtener la máxima eficiencia total del proceso. 2) Princ Principi ipio o de de sist sistem ema a Integre todas las actividades de manejo tanto como sean prácticas, En un sistema coord coordina inado do de opera operacio cione nes; s; cober cobertur tura a de venta ventas, s, recepc recepción ión,, almac almacena enaje, je, transp transpor orte te y clientes. 3) Principi Principio o de de flujo flujo de mater materiale iales s Provea una secuencia de operaciones y distribución de los equipos de tal forma que se minimice el manejo de los materiales. 4) Principi Principio o de simplif simplificac icación ión Simplifi Simplifique que el manejo manejo por reducció reducción, n, eliminac eliminación ión o combina combinación ción de movimie movimientos ntos innecesarios y/o equipos. 5) Princ Principi ipio o de la la grave graveda dad d Utilice la fuerza de gravedad, donde quiera que sea práctica para mover materiales. materiales. 6) Principi Principio o de la utiliz utilizació ación n del espac espacio io
Haga una utilización óptima del espacio del edificio. 7) Principi Principio o del del tamañ tamaño o unita unitario rio Incremente la cantidad, tamaño o peso de la unidad de carga o la rata de flujo. 8) Princ Principi ipio o de mecani mecaniza zació ción n Mecanice las operaciones de manejo de materiales, siempre que sea posible. 9) Principi Principio o de automa automatiza tización ción Provea auto utomatiz tizació ción que incl ncluya uya prod produc ucc ción, ión, manejo nejo y func funcio ion nes de almacenamiento. 10)Principio de la selección de equipos Considere todas las características de los materiales manejados, el movimiento y el método a usarse, para la selección de equipos de Manejo de Materiales. 11)Principio de la estandarización Estan Estandar darice ice los métod métodos os así así como como tambi también én los tipos tipos y tamañ tamaños os de los equip equipos os de Manejo de Materiales. 12)Principio de la adaptabilidad Use Use méto método dos s y equi equipo pos s que que pued puedan an func funcio iona narr bien bien en una una vari varied edad ad de tare tareas as y aplicaciones en vez de equipos para propósitos especiales. 13)Principio de peso muerto Reduzca la relación de transporte del equipo móvil de transporte sin carga (pesa muerta), a carga transportada. 14)Principio de la utilización utilización Planifique para la óptima utilización de los equipos de manejo y de la mano de obra. 15)Principio de mantenimiento Planifique el mantenimiento preventivo y mantenga un registra de reparaciones de todos los equipos de manejo de materiales. 16)Principio de la obsolescencia Reemplace métodos y equipos de manejo de materiales cuando métodos o equipos más eficientes mejoren las operaciones. 17)Principio de control Utilice las actividades de manejo para mejorar el control de producción, inventarios y órdenes de manejo. 18)Principio de la capacidad Utilice Utilice equipos equipos de mane manejo jo para ayudar ayudar a lograr lograr la la capaci capacidad dad desea deseada. da. 19)Principio del funcionamiento Determine la efectividad del funcionamiento del manejo de materiales en términos de canto por unidad manejada. 20)Principio de la seguridad Suministre métodos y equipos para un manejo segura de la carga y las personas. Cada principio tiene su valor en un media ambiente determinado. Aunque algunas principios sun simultáneamente incompatibles, el analista debe elegir la mejor combinación de equi equipo pos, s, en cons consid ider erac ació ión n de tale tales s prin princi cipi pios os,, para para una una solu soluci ción ón dete determ rmin inad ada. a. Generalmente la mejor solución será aquel método que proporcione el menor costo. Estas principios pueden ser usados como guía para el diseño de nuevas sistemas de manejo de materiales a para el análisis y mejoras de un sistema existente en una planta industrial.
Elementos claves a considerar en el manejo de materiales.
Cuando se hace un estudio de manejo de materiales considerar los elementos claves que afectan el problema como son: A) el producto B) la cantidad C) la ruta o recorrido D) el tiempo y E) los servicios.
A) El Producto: (P). La naturaleza de los materiales y productos a manejar determinan en gran medida las características de los equipos a emplearse. El análisis por lo tanto exige examinar con detall cada una de las propiedades de los materiales, especialmente aquellas que afectan su manejabilidad. De acuerdo a su presentación los materiales se clasifican en materiales a granel o materiales embalados. Materiales a Granel: Significa cualquier sustancia suelta, en polvo, granos o trozos, es decir que no están contenidos en Envases para su manipulación, como por ejemplo arena, piedra picada, maíz, comento, harinas, etc. Materiales embalados o empaquetados: Son aquellos materiales que se presentan envasados o contenidos en dispositivos tales como: cajas de madera o cartón, huáchales, cestas, barriles, carbonas, sacos de fibra o papel; plástico o cualquier recipiente que contenga materiales o productos fabricados. Los materiales embalados se pueden presentan como piezas individuales o paquetes embalados. En estos casos la carga unitaria puede ser una pieza o la combinación de varias piezas. El conocimiento de las características de los materiales a transportar es fundamental, tanto para elegir el medio más adecuado, como para estudiar los aspectos prácticos derivados de la acción del material sobre el elemento transporte. En el caso de los materiales embalados el problema se reduce a conocer la forma y el peso de la carga y la propiedad de los envases. Para los materiales a granel se deben conocer las principales características del material que son las siguientes: a) Peso especifico aparente. b) Tamaño c) Forma. d) Angulo de Reposo e) Angulo de deslizamiento. f) Cohesión o fluidez del material. g) Temperatura., h) Abrasividad. i) Otras propiedades del material.
a) Peso especifico aparente.
Es el peso por unidad de volumen en su estado natural sin compactar. Comúnmente se expresa en Kg/m 3 o lbs/pie3 y existen tablas que ofrecen estos valores para una gran diversidad de materiales de uso común (generalmente lo refieren como paso promedio). En caso de no disponerse del pesa específico para un cierta material, su determinación práctica es muy sencilla, basta pesar un volumen conocido de éste, y dividir el pesa obtenido entro dicha volumen.
b) Tamaño.
Aunque algunos materiales tienen granos de tamaño uniforme, la mayoría están formados por una mezcla de trozos grandes, medianos y finos. Con el fin de hacer una clasificación Es necesario conocer la proporción de los diferentes tamaños de partículas que componen la mezcla, es decir, conocer su granulometría. Para ella se acostumbra a utilizar las técnicas estándar comúnmente empleadas en la mineralogía. Así, por ejemplo, se dice que el tamaño de un material es 1/8" y manos, si éste pasa por un tamiz cuya malla está formada por cuadriculas de 1/8" de lado. De acuerdo al tamaño los materiales se clasifican en: a) Muy fina (polvo)
b) Fina (1/8" y menos) c) Granular (1/2" y menos) d) Aglomerado (con terrones mayores de 1/2") e) Irregulares (fibroso, punzante, etc.)
c) Forma.
La forma es una característica externa del material. De acuerda a ésta se pueden identificar: Formas regulares (cubos, esferas, prismas, etc.) Formas irregulares.
d) Angula de reposo.
Es el ángulo que forma el valle de un montón de material con respecto a la horizontal, cuando éste es apilado libremente. Cuando la superficie de apoyo del material está en movimiento, como en el caso de bandas transportadoras, el ángulo que forma el mantón decrece de 5º a 15º y suelo llamarse ángulo de sobrecarga.
e) Fluidez o Cohesión. Se refiere a la capacidad que tiene el material de deslizar sobre sí mismo o una superficie de otra material y está estrechamente ligada al ángulo de reposo del material. La clasificación más común con respecto a esta propiedad es la siguiente: a) Muy fluido: ángulo de reposo menor de 30º b) Fluido: ángulo de repasa entre 30º y 45º c) Pegajoso: ángulo de reposo de 45º y más.
f) Angulo de deslizamiento.
Es el ángulo mínimo de inclinación que debe tener una lámina metálica lisa para que el material deslice sobre ella. La forma y peso de las partículas, así como el grado de humedad del material influyen determinantemente en dicha ángulo.
g) Temperatura. Generalmente, los materiales se transportan a la temperatura ambiente, pero en algunos casos se manejan a altas temperaturas, por lo que es necesario tomar en cuenta este parámetro para el diseño del sistema de transporte.
h) Abrasividad.
Se refiere a la capacidad del material de producir desgaste sobre la superficie del otro material sobre el cual se desplaza. De acuerdo a esto los materiales pueden ser clasificados como: a) No abrasivo.
b) Medianamente abrasivo. c) muy abrasivo.
i) Otras propiedades
Se refiere a otras características que de alguna manera inciden en el manejo como son: a) Contaminables b) Higroscópicos c) Corrosivos d) Producen vapores y polvos perjudiciales a la salud e) Contienen polvos explosivos f) Degradables o corruptibles g) Muy livianos y fofos h) Desmenuzables i) Resistentes a la excavación j) Aireados, semejan un fluido k) Empacados a presión l) Producen reacciones químicas. Las características para diversos materiales se muestran en el apéndice Nº 1. B) La Cantidad: (Q) La cantidad de material por unidad de tiempo que requiere, ser transportado, es un factor de vital importancia en la selección del sistema de maneja; tipo y cantidad de equipo necesario. Evidentemente no es lo mismo manejar 200 Kg/día de un material que 200 TM/día. El sistema de manejo seleccionado en cada caso debe satisfacer los requerimientos de la empresa al más; bajo costo posible. Si las cantidades a manejar son relativamente pequeñas, bastaría usar algún sistema manual a algún sistema sencilla no motorizado, en cambio para grandes cantidades, sería más adecuado usar equipos mecanizados o automatizados. C) La Ruta: (R) Se refiere a dónde y en qué dirección se mueve el material ¿Es un movimiento horizontal, vertical o una combinación de ambos? Como el movimiento vertical tiene un mayor consumo de energía y es, por lo general, un movimiento intermitente, debe evitarse siempre que sea posible. Cuando se trata de movimientos combinados, puede utilizarse sobre un plano inclinado, un equipo de movimiento horizontal, con lo que se suprime la necesidad de una unidad elevadora independiente. La distancia a recorrer también influirá en la selección del equipo. Los montacargas de horquilla tienen dentro de un plano horizontal, límites de explotación económica fuera de los cuales resulta más eficiente el sistema tractorremolque. En el transporte vertical también se necesitan tipos distintos de aparatos según las distancias. La ruta que siguen los distintos materiales está determinada por la secuencia del proceso y la disposición de las instalaciones. Cuando el proceso está normalizado y todas las piezas o materiales siguen siempre el mismo camino a través de la planta, seria recomendable el uso de equipos de trayectoria fija. Si por el contrario, la secuencia de procesamiento de cada producto es diferente y además los volúmenes de producción son relativamente bajos, no se justifica el uso de tales equipos. D) Los servicios: (S) Para llevar a cabo operaciones productivas y de manejo de materiales deberá existir un determinado número de servicios anexos que hagan que el proceso funcione con normalidad. Los procedimientos de recepción y despacho, el mantenimiento, los sistemas de suministro, de electricidad, gas aguas vapor y combustible, y las facilidades de almacenamiento, son servicios esenciales. Estos, conjuntamente con las edificaciones y las facilidades de producción se consideran el entorno físico sobre el cual se debe operar. El manejo de materiales a menudo está condicionado por las características de las instalaciones industriales que el ingeniero tiene que aceptar como parte del problema. En la práctica se emplea mucho tiempo en discurrir sobre el modo de superar las trabas producto de la herencia del pasado: elevadores: que ya resultan inadecuados, edificios construidos a la largo de los años sin pensar en las relaciones que deben existir entre los
distintos factores de la producción; pisos que debían haber sido renovados hace largo tiempo y en muchos casos, unas instalaciones que constituyen una complicación para el actual ocupante de la, fábrica. Las limitaciones con que más corrientemente se tropieza son la insuficiencia de la carga que admiten los pisos y la falta de altura libre. En las construcciones modernas estos, inconvenientes se salvan mediante estructuras de una sola planta, de techo alto, que admiten gran altura de apilado, aunque se trate de mercancías pesadas. El empleo de instalaciones elevadas de manejo puede estar limitado por la falta de altura y por la debilidad de los soportes en que se tienen que apoyar aquéllas. Y muchas veces la separación entre columnas complica aun más la situación. En cambio si es una planta nueva, las edificaciones y los servicios se deben planificar en función de lograr la mejor distribución de los equipos y obtener el mínimo manejo de materiales mediante el uso de los equipos más adecuados. E) El Tiempo: (T) Se refiere a cuándo se realizarán los movimientos. Los factores más importantes a considerar son: la regularidad con la cual deben realizarse los movimientos y la duración de éstos. La sincronización de las entregas en las distintas etapas del proceso evita la acumulación de inventarios entre estaciones de trabajo y reduce las demoras durante la fabricación. Esta tiene especial importancia en la implementación de programas de mejoras de productividad y calidad. Este conjunto de factores P, Q, R, S, T es lo que se ha denominado los elementos claves del problema de manejo de materiales.
Elementos claves del manejo de materiales. Además de estos elementos claves, la decisión sobre, los métodos y equipos de manejo de materiales a seleccionar, debe incluir un balance de castos, que contemple el casto inicial, depreciación, costos de funcionamiento y cualquier otra coste involucrado en tal actividad. Respecto a los equipos en sí debe considerarse: la seguridad, los ruidos, y humos producidos, flexibilidad en el uso y garantía de funcionamiento.
Análisis de Problemas de Manejo de Materiales
Un manejo ineficiente de materiales puede ser la causa de muchos problemas subyacentes con variables no tan evidentes, que originan pérdidas o disminución de beneficios; por lo tanto es indispensable resolverlos adecuadamente a fin de aumentar la productividad de la empresa.
El primer paso para resolver problemas que involucren manejo de materiales, es la identificación apropiada de éstas, luego se debe proceder a implementar las soluciones necesarias. Para la solución de éstas, Es posible aplicar un procedimiento sencillo sugerido, denominado Análisis Sistemático de Manejo de Materiales, el cual consta de 9 pasos. 1. Clasificación de los materiales: Se hace un análisis productos-cantidades, agrupando los artículos o materiales en orden de la magnitud de su manejo, por ejemplo: los productos de poca variedad pero gran volumen de manejo; de gran variedad de artículos y de flujo moderado y los que representan una gran de variedad de artículos de poco flujo. Esta permite identificar los materiales problemas y establecer el enfoque sobre las acciones a tomar en cada casa. 2. Distribución en planta: La distribución en planta permito determinar el arreglo actual y la disposición de las máquinas, equipos y otras facilidades que determinan las rutas y los movimientos. 3.- Análisis de los movimientos: Para hacer el análisis se deben determinar las rutas de los materiales, así como las distancias que deben recorrer los productos, la naturaleza de los mismos: si son verticales, horizontales o inclinados, o identificar las restricciones del problema. 4. Visualización de los movimientos: Para visualizar los movimientos se deben utilizar planos y/o diagramas; tales como Diagramas de Flujo, de Recorrido, del Proceso, etc. 5. Conocimiento y comprensión de los métodos de manejo de materiales. Identificar las posibles formas o métodos de manejo que adecuen a la situación planteada. 6. Planos Preliminares de manejo de materiales: Se fijan planes alternativos de manejo de materiales de acuerdo al análisis realizado. 7. Modificaciones y limitaciones: Se estudian las limitaciones al problema y se hacen las modificaciones, para adecuarse a los recursos disponibles. 8.- Cálculo de los requerimientos: Se hacen los cálculos definitivas de los requerimientos de cada plan alternativo. 9. Evaluación de alternativas: Las alternativas se evalúan a fin de predecir el comportamiento de cada plan y lograr evidenciar las ventajas y desventajas de Cada LWIL). Conocidos los detalles de cada plan alternativo se selecciona aquel que proporciono el mínimo manejo de materiales al más bajo costo.
Clasificación de los equipos de manejo de materiales.
Existen varias maneras de clasificar los equipos de maneja de materiales en la industria. Algunas veces parece como si existieran tantos tipos de equipos, como materiales a ser manejados. En vista de esto es conveniente manejar las cinco maneras principales de hacer esta clasificación, las cuales son: 1.- Por la clase de aparato: Tales como Grúas, Transportadores, Elevadores, Montacargas. 2.- Por la naturaleza del servicio prestado: Elevadores, Cargadores, Transportadores, Alimentadores, etc. 3.- Por la naturaleza del material manejado: A granel, partes o piezas, paquetes, bultos, cajas, barriles, sacas, carboyas, etc. 4.- Por los, sectores de la industria servidos: Minería, Fabricación, Transporte, etc.
5.- Por la movilidad relativa de los aparatos: De trayectoria fija, movimientos en áreas limitadas y recorrido en áreas extensas. En la tabla 1. clasificación y tipo de aprato
Criterios generales de selección de equipos.
Se ha hecho énfasis a lo largo de este capítulo que la selección apropiada del equipo o equipos de manejo exige la consideración minuciosa de una serie de variables que afectan el comportamiento del sistema: Características de los materiales, cantidades, rutas, etc. El establecimiento de los parámetros de diseño es más complejo en la medida en que la variedad de materiales a manipular sea mayor, ya que es necesario identificar las condiciones críticas impuestas por cada uno de ellos. En tal sentido se presentan a continuación algunos criterios de tipo general para el tratamiento de las distintas formas de manejo que puedan encontrarse. 1) Caso de Manejo Individual. Ocurre cuando el equipo se utilizará para el manejo de un solo material. En esta situación las características y la cantidad de este único material determinarán la selección del equipo. 2) Manejo de Distintos Materiales. 2.1) Varios materiales en forma separada. Se presenta este caso, cuando un equipo va ser usado para transportar individualmente los materiales en lapsos de tiempo diferentes. Como ejemplo considérese la siguiente situación: una rosca transportadora será utilizada para alimentar un molino; la producción está programada pira procesar cierta cantidad de, arroz durante una semana y otra cantidad de maíz en la siguiente y así sucesivamente. Como puede notarse en este caso y otros similares, la capacidad del equipo de transporte estará gobernada por los requerimientos del material que represente el mayor volumen. Por otra parte, cada material impondrá cierta condición crítica como: abrasividad, corrosividad, fluidez, etc. que deben ser tomadas en cuenta a la hora de fijar algunas parámetros de diseño como: diámetros, velocidades, anchos, potencias requeridas, materiales de construcción, recubrimientos, inclinaciones permitidas, etc. 2.2) Varios materiales en forma conjunta. Esta ocurre cuando el sistema de manejo es utilizado para transportar distintos materiales en un mismo período de tiempo, pero, no se puede discriminar exactamente cuándo manejará un material y cuando manejará las otras. Por ejemplo, suponga una planta que debe recibir 500 toneladas diarias de cemento y 800 diarias de cal. Estas materiales llegan en camiones graneleros sin orden preestablecidos y son descargados en la medida que van llegando. Nótese que la capacidad del sistema debe ser tal que pueda manejar las 1300 toneladas por día, para habrá períodos muertas para hacer cambios en los sistemas de recepción y vaciado, cerrar y abrir las válvulas, desalojar el área, etc. En virtud de ello se hace necesario calcular el volumen total a manejar, a partir de las toneladas y pesos especificas individuales, e incrementarlo en un porcentaje razonable (15% a 25%), para cubrir los periodos de inactividad. El volumen así obtenido servirá como base para la determinación de la capacidad del equipo. Al igual que en el caso anterior, cada material, en atención a sus propiedades, determinará alguno o algunas de los parámetros de diseño. 3) Manejo de mezclas: Para manejar una sola mezcla se puede considerar como un material que se maneja en forma individual y el tonelaje total a manejar será único, sólo que el peso especifico de esta mezcla será función de la contribución porcentual de cada material en la conformación de ésta. Adicionalmente, las propiedades de la mezcla vendrán determinadas por las
propiedades de cada una de los componentes.
SISTEMAS QUE FUNCIONAN POR GRAVEDAD
Los equipos o aparatos incluidos dentro de esta clasificación se caracterizan por ofrecer un media bastante económico para el transporte de materiales. El hecho de usar la fuerza de gravedad como energía matriz hace que no se requiera mecanismo impulsar alguno; por otra parte, al estar conformados por ninguna o pocas partes móviles, el desgaste de sus componentes es mínimo y los costos de mantenimiento son prácticamente despreciables. Además el costo inicial es relativamente bajo En comparación con otros equipos convencionales. Por su naturaleza su uso está restringido al traslado de materiales en trayectorias inclinadas descendentes, aunque en algunos casos pueden utilizarse para movimientos en el plano horizontal. Dentro de este grupo se consideran, fundamentalmente, tres clases de equipos: a. Rampas (rectas y en espiral). b. Transportadores de ruedas. c. Transportadores de rodillos.
Rampas.
Constan básicamente de una lámina inclinada que constituye la superficie de deslizamiento (cama o lecho de deslizamiento), dos láminas verticales de protección unidas al lecho, para evitarla caída, hacia los lados, de los artículos transportados, y una estructura rígida de soporte. Las rampas en espiral poseen además un eje central que los sirve de apoyo. Se construyen generalmente de láminas y perfiles de acero; sin embargo, en casos especiales se pueden utilizar deslizadoras de madera o plástico. Debido a su sencillez los costos de construcción e instalación son relativamente bajos y en condiciones ordinarias de trabajo los costos de mantenimiento son prácticamente nulos, razones por las cuales se consideran para bajar materiales de un nivel a otro.
Usos. En general las rampas se emplean cuando la distancia entro los puntos de carga y descarga es corta. Pueden usarse para toda clase de material que resbale como: cajas, bultos, sacos, paquetes y materiales a granel; siempre y cuando éstos no requieran un cuidado excepcional, No deben usarse para materiales frágiles, ni cuando el peso de los distintos paquetes es muy desigual, ni para cargas muy pesadas (superiores a 150 Kg). Las aplicaciones más comunes se observan en la transferencia de materiales entre estaciones de trabajo o entre equipos de manejo mecanizados y en la descarga y carga de camiones.
Ancho.
En rampas rectas el ancho del lecho debe ser un poco mayor que el paquete más ancha que se Transporte (una holgura mínima de 2" es recomendable). Cuando se trata de secciones curvas o en espiral el ancho depende tanto de las
dimensiones de la base de los paquetes como del radio de curvatura de la rampa.
Inclinación. La inclinación necesaria del lecho depende del coeficiente de fricción entre el material y la deslizadera. Para determinarla con exactitud es necesario hacer pruebas o ensayos tratando de reproducir lo más fielmente posible las condiciones de manejo. Sin embargo, cuando se usan deslizaderas de acero, se consideran buenos estimados los siguientes valores: Tipo de carga Inclinación Cajas de cartón 20º Cajas de madera 18º Cajas o potes metálicos 15º - 17º Cuando se trata de materiales a granel la inclinación no puede ser, en ningún caso, inferior al ángulo de deslizamiento del material. Evidentemente si se manejan materiales distintos, el ángulo corresponderá a aquel material que requiera mayor inclinación para deslizarse. La velocidad de caída de los materiales puede controlarse variando la inclinación en algunas sectores del lecho o mediante un empalme horizontal al final del mismo. Altura de los protectores. Para evitar el volcamiento de los paquetes, las láminas de protección vertical deben tener una altura mínima equivalente a 1/3 de la altura de la carga más alta en las rampas rectas. En secciones curvas o en espiral la altura debe ser un poco superiora la altura de la carga más alta. Si se maneja material a granel, se acostumbra utilizar rampas completamente cerradas; En cuyo caso reciben la denominación de "chutes”.
TRANSPORTADORES
MECÁNICOS
A diferencia de los equipos que funcionan por gravedad" los transportadores mecánicos se caracterizan por disponer de un sistema de impulsión que provee la energía necesaria para el movimiento de los materiales. El uso de estas es bastante extendido en el medio industrial por la variedad de aparatos existentes que pueden satisfacer una amplía gama de necesidades en lo relativo a capacidad, trayectoria, naturaleza de los materiales, etc. En virtud de la diversidad de equipos agrupados dentro de esta clasificación, sólo se tratarán detalladamente cuatro de ellos: - Sistemas de rodillos activados. - Bandas transportadoras. - Roscas transportadoras. - Elevadores de cangilones.
Bandas Transportadoras.
Constan de una cinta a banda flexible y continua que se desplaza apoyada sobre una
superficie rígida o sobre estaciones de rodillas locos espaciados convenientemente. El movimiento de la cinta se logra mediante un mecanismo impulsor (motor-reductor) que acciona un tambor a rodilla colocado en una de los extremos o en la parte inferior del transportador. Todo el conjunto se encuentra montado sobre una estructura metálica de perfiles angulares a en U. Componentes. Banda flexible: puede ser de acero, alambre tejido, nylon, rayón 0 lanas de algodón con recubrimientos de goma. Estas últimas son las más empleadas en la industria y se construyen de lonas de algodón superpuestas, unidas entre sí con pegamentos especiales. El número de lonas varía entre 3 y 14 dependiendo de las tensiones a que estará sometida la banda. Se diferencian varios pesos de fábrica referidos como: 281 32, 36, 42 y 48 onzas, los cuales corresponden al pesa de una sección de lona de 36 pulgadas de largo por 42 pulgadas de ancho. En la mayoría de las aplicaciones, tanto las caras coma los bordes están recubiertos con una capa de goma vulcanizada cuya espesar se escoge en consideración a las condiciones de trabajo. Rodillos: Similares a los empleados en los transportadores de rodillas por gravedad a activados, sirven de guía y apoya a la cinta a lo largo de su trayectoria. Se distinguen dos tipos: los de carga, colocados en la parte superior, que dan forma y rigidez al lecho y los de retorna, colocados en la parte inferior, que sirven para orientar la cinta en su regreso. Plataforma de apoyo: Cuando se requiere de estabilidad de la superficie portante de la banda, se utiliza, en vez de rodillos de carga, una plataforma de metal o de madera pulida a todo lo largo del transportador. Poleas: Son en esencia rodillos de diámetro mayor a los referidos anteriormente, ubicados en los extremos de la banda. Una de ellas, llamada polea impulsara, está acoplada al sistema matriz y es la que lo transmite el movimiento a la cinta; la otra, de retorna, es loca. Tensores: son dispositivos mecánicos que permiten mantenerla adecuada tensión de la correa durante la operación. Se emplean comúnmente dos tipos: tensares de tornillo, para longitudes de banda menores a 250 pies, y tensores de contrapeso para longitudes mayores. Estructura soporte: constituida por dos largueros laterales (sobre los cuales van montados los rodillos y las poleas) generalmente construidos en perfiles angulares o en U, apoyados sobre trípodes metálicas o estructuras metálicas en H.
Otros aditamentos. Tolvín de descarga: es una tolva pequeña, cuya sección de descarga desemboca
sobre la correa para garantizar que el material caiga sobre ésta sin derramarse. Se utilizan en los puntos de carga de las bandas y para la transferencia de materiales entre transportadores instalados en serio. Rodillos de impacto: Son rodillos recubiertas de gama ubicados en los puntos de carga de material y que permiten absorber el impacto producido por el choque del material con la cinta. Rodillos alineadores: Son rodillos cartas dispuestos verticalmente a cada lado de las estaciones de rodillos portantes, los cuales evitan que la correa se desvío de su trayectoria. Limpiadores: Son dispositivos mecánicos cuya función es despegar las partículas de material que quedan adherida s tanto en la parte externa como interna de la correa.
Usos.
Por muy variadas razones este tipo de aparato ocupa un lugar destacado en la que se refiera a su aplicación industrial. Entro ellas vale la pena señalar: - Se adaptan perfectamente al transporte de materiales en muy diversas formas y
presentaciones: paquetes, bultos, piezas sueltas y/o de forma irregular y materiales a granel. - Se adaptan fácilmente al perfil del terreno. - El transporte puede efectuarse a grandes distancias. - Tienen gran capacidad de transporta. - Pueden construirse para efectuar la descarga en cualquier punto de su trazado. - El consumo de potencia por tonelada manejada es bajo en comparación con otros medios de transporte. - Pueden funcionar en forma suave y silenciosa.
Tipos de bandas transportadoras. Las bandas transportadoras se pueden clasificar de acuerdo a su trazado y de acuerda al perfil del lecho. Aún cuando existen otras formas de clasificación, éstas no son consideradas de interés en este trabajo. Por su trazado se pueden identificar: - Bandas horizontales. - Bandas inclinadas (ascendentes o descendentes). - Bandas mixtas (horizontales o inclinadas, con zonas curvas de transición). En el caso de bandas inclinadas o mixtas con trayectorias ascendentes es necesario tomar en cuenta el ángulo máximo de inclinación que admito el material; de usarse ángulos mayores El material deslizaría en sentido contrario al movimiento deseado. A manera de referencia en la tabla 2, se muestran los ángulos máximos de inclinación de bandas para algunos materiales típicos.
Por el perfil del lecho.
Bandas Planas: La superficie de carga de la banda es completamente Plana, lo cual se logra mediante estaciones de un solo rodillo horizontal o mediante superficies de apoyo planas. El uso de este tipo de banda se limita casi exclusivamente al manejo de paquetes, bultos o piezas sueltas. Bandas Cóncavas: perfil cóncava acanalado se obtiene utilizando estaciones de dos o tres rodillos (bina o terna respectivamente). En el caso de estaciones en bina los rodillos de igual longitud están inclinados un cierto ángulo (por lo general 20º) con respecto a la horizontal. Cuando se usan tres rodillos, el central está colocado horizontalmente, mientras que los dos externos están inclinados (comúnmente se usan inclinaciones de 20º, 25º, 30º, 35º, y 45º). La aplicación más frecuente para este tipo de banda rs para el manejo de materiales a
granel.
Factores que determinan la capacidad. Uno de los elementos claves que definen un problema de manejo de materiales es la cantidad de material a transportar, de tal modo que la selección del equipo debe estar orientada a satisfacer los requerimientos de capacidad del sistema. A tal efecto y en el caso particular de las bandan Es necesario considerar tres factores fundamentales: el ancho de la correa, la velocidad y el perfil de la carga sobre la banda. Es conveniente indicar que estos factores guardan una relación estrecha entre si, razón por la cual su tratamiento debe hacerse de manera conjunta.
Ancho
La mayoría de los fabricantes proveen correas con anchos estándar de: 14; 16; 18, 20; 24; 30; 36; 42; 48; 60 y 72 pulgadas. La escogencia del ancho adecuado depende en gran medida de los volúmenes de material a manejar; como es obvio volúmenes mayores exigirán anchos también mayores. Adicionalmente la granulometría del material puedo, en algunos casos, determinar el ancho. La experiencia ha permitido establecer como regla práctica que para materiales cuyos granos son de tamaño uniforme, el ancho de la correa debe ser al menos 5 veces la dimensión de dichos granos. Cuando los trazos son desiguales y los grandes no superan el 20% del total, el ancha de la correa debe ser al menos 3 veces el tamaña de tales granos. Para el manejo de cargas unitarias (paquetes, piezas sueltas) se sugiere que el ancho de la correa sea al menos 2’’ mayor que la carga más ancha.
Velocidad
La capacidad de una banda transportadora es directamente proporcional a la velocidad de la correa, sin embargo, existen restricciones en cuanto a los límites de velocidad máxima, impuestos tanto por el ancho de la correa como por la naturaleza del material transportado. Así, por ejemplo, bandas más anchas admiten velocidades de operación mayores. Por otro lado, materiales livianos o no abrasivos pueden ser manejados a más altas velocidades que aquéllos abrasivos y/o pesados. La tabla 3, presenta los límites de velocidad para los distintos anchos estándar y para diferentes tipos de materiales. Cuando el transportador va a ser utilizado para el manejo de varios materiales de características diferentes, debe escogerse como limito máximo el menor valor que correspondo.
Perfil de carga
El volumen de material sobre un sector de la banda está condicionado por el área de la sección transversal del montón que se forma; ésta a su vez depende del ancho de la banda, del perfil del lecho y de la fluidez del material.
De la figura se puede apreciar que el área A será mayor en la medida que el ángulo β (ángulo de sobrecarga) sea mayor, así, si se mantiene el ancho y el perfil del lecho, el volumen manejado será mayor en tanto la fluidez del material sea menor. La tabla 4, presenta los ángulos de sobrecarga para diversos materiales, agrupados de acuerdo al ángulo de reposa. En resumen, para determinar la capacidad de transporte de una banda se deben fijar previamente: el ancho y el perfil de la banda, el ángulo de sobrecarga del material y la velocidad de la correa. Con esta información se puede hallar, en la tabla el volumen de material que se puede manejar (pie 3/h) a la velocidad de 1 pie/min. El volumen total se obtiene multiplicando este factor por la velocidad de operación de la banda. Por razones de tipo práctico el material no debe ocupar todo el ancho de la banda; en tal sentido para el cálculo de los valores indicados en la tabla 5, se consideró razonable tomar como base del montón sobre la banda el dado por la expresión: B1 = 0.9ª – 2’’ donde a corresponde al ancho de la correa. Procedimiento de Selección. Conocida la naturaleza del material y la cantidad horaria de éste que se requiere manejar, es posible determinar el ancho y la velocidad de la banda siguiendo la secuencia de pasos que se detalla a continuación: a) Determine, a partir del ángulo de reposo, el ángulo de sobrecarga que corresponde al material. b) Seleccione el tipo de banda (plana, cóncava). c) Fije un ancho de banda. d) Determine, con el ancho seleccionado y considerando las características del material, la velocidad máxima admitida (Sm). e) Obtenga, los pies 3/hora que puede manejar tal banda a la velocidad de un pie por minuto (Co). f) Multiplique el factor obtenido en el paso anterior por la velocidad máxima, obteniendo así la capacidad de transporte. Ct= CpxSm g) Compare esta capacidad con la capacidad requerida (Cr). si Ct < Cr , regrese al paso c. Si Ct > Cr , el ancho fijado es el adecuado. h) Haga el ajuste de velocidad con el fin de adecuarla a los requerimientos de manejo.
Diámetro y separación entre rodillos. Con el fin de garantizar que la estructura soporte adecuadamente la carga sobre el transportador, es necesario seleccionar correctamente tanto el diámetro de los rodillos, como la separación entro éstos. Como se muestra en las tablas 6 y 7, siguientes, el diámetro se selecciona de acuerdo al ancho y velocidad de la correa, mientras que la separación de los rodillos de apoyo depende del ancho y del peso del material. La separación de los rodillos de retorno, por su parte, está estandarizada en 10 pies.
Cuando para un mismo ancho de banda y rango de velocidades se presenten varias opciones en cuanto a diámetro de rodillo, la escogencia debe hacerse considerando las cargas estáticas y dinámicas que se generan sobre la estructura. Para ello la consulta a los fabricantes y distribuidores es recomendable.
Cálculo de Potencia.
La potencia total suministrada al eje de una banda transportadora debe satisfacer tres requerimientos principales: potencia para mover la correa vacía, potencia para mover el material horizontalmente y la potencia para elevar la carga, es decir: HPeje = HPcorrea + HPcarga + HPelevación La expresión algebraica dada a continuación permite determinar, con muy buena aproximación, los requerimientos señalados:
donde K: factor de potencia. (Tabla 8) S velocidad en pies/min. L longitud del transportador en pies. T toneladas de material manejado por hora (toneladas; de 2000 lbs). V: distancia vertical que se desplaza el material en pies (si el material baja V es negativo). Una vez calculada la potencia al eje es necesario determinar la potencia del motor a partir de la expresión:
En la cual n es un factor de eficiencia relacionado con el tipo de transmisión utilizado y F es un factor de ajuste que depende de la potencia al eje obtenida. Los valores de D y F se presentan en el Apéndice 2. Es conveniente señalar que la expresión anterior e válida también para los otros transportadores.
Espesor de la correa y número de lanas.
La Selección de la banda apropiada para cada uso específico es uno de los factores económicos fundamentales en este tipo de transportador. La banda adecuada hará que las roturas sea menos frecuentes y los gastos de mantenimiento sean menores. Un aspecto esencial en este sentido es la elección del tipo y el número de lanos a emplearse para garantizar que ésta soporte las tensiones a que es sometida durante la operación. Como consecuencia de lo expuesto se hace necesario determinar la máxima tensión que puede producirse en cualquier sector de la correa, la cual viene dada por:
donde R es un factor que depende del tipo de tensor empleado y del arco de contacto
entre la correa y la polea matriz. La tabla 9, da los valores de R para diferentes combinaciones de tensores y arcos de contacto. Una vez calculada la tensión máxima, la tensión par pulgada de ancho de la correa será:
Si se llama n el número de lonas y T 0 la tensión admisible de la lona por pulgada de ancho (la tabla 10 muestra tensión admisible para distintos pesos de fábrica), la tensión que puede soportar la correa vendrá dada por: T2 = n x To Como debe cumplirse que T 2 > T1, se tiene que:
Aquí n corresponde al número de lonas capaz de resistir la tensión total en la correa. Para la selección definitiva es necesario considerar las recomendaciones de los fabricantes en cuanto al mínimo número de lunas para soportar la carga y el máximo número de lonas que permiten el correcto acanalado de la banda (Tabla 11). Espesor de los recubrimientos. El espesar de las cubiertas de goma de la cara de carga de la correa depende fundamentalmente de la abrasividad de los materiales y de las condiciones de trabajo imperantes. Bajo condiciones normales de trabajo: temperatura ambiente, ausencia de grasas y aceites, etc., la tabla 12. ofrece una guía para la selección de la cubierta superior. En otros casos se exige la consulta a los fabricantes. En relación con el espesor de la cubierta inferior, éste está íntimamente asociado con la cubierta superior. La tabla 13 muestra las combinaciones de espesores estándar que históricamente han dado un servicio satisfactorio.
Ejemplo Ilustrativo
Se desea instalar una banda transportadora para el manejo de 125 TM/h de piedra caliza triturada uniforme, entre dos puntos ubicados a un mismo nivel y separados una distancia de 150 pies. Solución. Por ser un material a granel se escogerá una banda cóncava de dos rodillos a 20º. Del apéndice 1 se tiene: Clase de material: D27 D: aglomerado, con terrones mayores de 1/2". 2: ángulo de reposo entre 30º y 45º. 3: medianamente abrasivo. Peso promedio= 87.5 lbs/pie 3. Capacidad requerida. Selección del ancho y velocidad de la correa. Tomando como ángulo de reposo el promedio entre 30º y 45º; 37.5º el ángulo de sobrecarga correspondiente es de 252. (Tabla 4)
Fijando el ancho en 14" y considerando las características del material (aglomerado, con terrones de 1/2") de la tabla 3.4, la velocidad máxima admitida para éste es de 300 pies/min. Para una banda en bina de 14" y ángulo de sobrecarga del material de 25º se obtiene de la tabla 5
Luego la capacidad de transporte (Ct) de la banda es:
Como Ct < Cr, hay que escoger un ancho mayor. S ea ahora a=16" . Siguiendo el mismo procedimiento anterior se obtiene: Smáx = 300.pie/min.
y Ct= 3519 pie 3/h Como Ct > Cr el ancho de 16" resulta suficiente. La velocidad ajustada será:
Diámetro de los rodillos. Para ancho de banda 16" y velocidades menores de 400 pies/min, se recomiendan rodillos de 2.5 y 3" (Tabla 6). En consideración a que el material es pesado y en trozos mayores de 1/2" se escoge un diámetro de 3". Separación entre rodillos. De la tabla 7 para a=16" y peso del material de 87.5 lbs/pie 3 las separaciones sugeridas son: rodillos de carga: 4 pies. rodillos de retorno: 10 pies. Potencia.
Para a = 16", K = 0.142 (Tabla 8) S = 268 pies/min L = 150 pies T = 125 TM/h x 1.1ton/TM= 137.5 ton/h V=0 luego HP = 2.39 HPmotor = HP x F/n Del apéndice 2, para valores de HP entre 2 y 4, F toma valor 1.25. Por otra parte si se usa una transmisión por cadena y ruedas dentadas n= 0.9. Así
Luego un motor estándar de 3 1/2 HP será adecuado. Selección del tipo de correa y número de lonas
Como la longitud del transportador es menor de 250 pies se debe usar un tensor de tornillo. Si se usa una polea revestida y un arco de contacto de 210º, el factor R= 0.66 (Tabla 9). Entonces
y la tensión por pulgada de ancho será:
y
para una correa de 28 oz la tensión máxima admisible (T 0) es de 25 lbs (Tabla 10).
Esto significa que dos (2) lonas de 28 oz son capaces de resistir la tensión máxima, sin embargo, para el ancho calculado y las características del material, los fabricantes recomiendan un mínimo de 5 lonas. (Tabla 11) Espesor de los recubrimientos. Para materiales medianamente abrasivos se recomiendan recubrimientos de la cubierta superior de 1/32’’ 1/16" y 1/8" (Tabla 12). Se selecciona para este caso un espesar de 1/16’’, con un recubrimiento de la cubierta interior de 1/32" (Tabla 13).
En resumen, se utilizará una banda cóncava en bina con rodillos a 20º de las siguientes características: Ancho (a) 16" Velocidad (S)= 268 pies/min Diámetro de rodillos = 3’’ Separación entre rodillas - de carga: 4 pies - de retorna: 10 pies Tensor de tornillo Correa de 5 lonas de 28 onzas Recubrimientos Cubierta superior: 1/16'' Cubierta inferior: 1/32'' Motor de 3 1/2 HP.
Roscas Transportadoras.
Constan de una hélice metálica montada sobre un eje, tubular o maciza, alojado en una caja metálica de fondo, por lo general, semicilíndrico. El accionamiento se logra mediante un conjunto motor reductor ubicado en una de los extremos del aparato. Se los conoce también, en la jerga industrial, como. Transportadores helicoidales, tornillos sinfín o "gusanos".
Componentes. Hélice: lámina de acero arrollada en espiral cuya espesor varía en consideración a las condiciones de trabajo. En algunos Casos se recubren con goma a aleaciones especiales, para darlo resistencia a la abrasión. Eje: usualmente constituido por un tubo de acero común a acero inoxidable. Su diámetro varía entro 1 1/2" y 4'' dependiendo del diámetro de la rosca y del troqué que genera la carga. Caja: fabricada en chapas de acero, con fondo de sección semicircular aunque en ocasiones se construyen con fondo plano. Posee dos aberturas, una superior para la alimentación del material y una inferior para la descarga. Soportes intermedios: cuando las rascas son de un largo considerable, la parte móvil se construye de varias secciones unidas entre sí por trozos de ejes macizas. Estos puntos de empalme se apoyan en estructuras a soportes metálicos en forma de Y, cuyo extremo inferior lleva un cojinete que se acopla al eje, y la parte superior va fijada a la caja. La función de estos soportes es mantener la horizontalidad y correcta alineación del conjunto. Chumaceras de los extremos: ubicadas en cada una de las tapas laterales de la caja y sirven de apoya a los extremos del eje. Se construyen, por la general, de bronce o babbit, Con lubricación por grasa y protegidos del polvo mediante prensa estopas del lado interior de la caja.
Usos y limitaciones. Se adaptan perfectamente al manejo de materiales a granel, desde muy finos hasta trozos de 3 1/2". Por ser aparatos completamente cerrados, ofrecen un manejo limpio y seguro aun para materiales contaminables. Además, por su forma de operación permiten un flujo uniforme de los materiales por lo que son usados ampliamente en la dosificación de procesos. Con algunas variantes en la forma de la hélice a con la incorporación de aditamentos especiales se puede lograr homogeneización y/o mezcla de materiales durante el traslado. Haciendo las debidas consideraciones en lo referente a velocidad de operación y materiales de construcción de los componentes, se pueden manejar productos abrasivos, corrosivos o higroscópicos; sin embargo, no se recomiendan para materiales explosivos ni tóxicos.
Factores que determinan la capacidad.
La capacidad de una rosca está influenciada por diversos factores, entre los cuales merecen especial atención: el diámetro de la hélice, la velocidad, el coeficiente de llenado y el paso. El dimensionamiento y selección de una rosca para una situación de manejo particular debe considerar cada uno de estos aspectos con el fin de escoger aquélla que se adapte a los requerimientos, en la forma más eficiente y económica posible. Es necesario, adicionalmente, tomar en cuenta ciertas propiedades de los materiales a manejar, como: fluidez, granulometría, peso promedio y abrasibidad de los mismos, los cuales determinan las características del transportador requerido. Diámetro (D): requerimientos mayores de manejo exigen diámetros también mayores de la rosca; sin embargo, otro factor como la granulometría del material puede afectar la escogencia definitiva. Como se aprecia en la tabla 14, para cada diámetro estándar se admito un tamaño máximo de los trazas. Velocidad (N): La velocidad de rotación del conjunto eje-hélice determina el avance del material a la largo del transportador. Los límites máximos de velocidad permitidos dependen de la naturaleza del material y del diámetro de la rosca. Coeficiente de llenado (f): para garantizar el avance efectivo de los materiales a través del transportador, el nivel del mismo no puede sobrepasar el eje, es decir, la capa de material no debe ser mayor que el 50% de la sección de la hélice. Para sólidos a granel, los distintos fabricantes han establecido como coeficientes estándar: 15%, 30% y 45%, cuya escogencia se basa fundamentalmente en la fluidez, abrasividad y granulometría del material. Así, de acuerdo a las recomendaciones de la Link Belt, materiales muy fluidos, no abrasivos, finos a con partículas hasta de 1/2", admiten un coeficiente de llenado hasta de 45%. Para materiales medianamente fluidos a pegajosas y/o medianamente abrasivos, se
recomienda un factor de llenado de 30%. Por último, materiales muy abrasivos, independientemente de su fluidez y granulometría, permiten un factor de llenado de 15% como máxima. Paso (P): la cantidad de material que se puede desplazar cuando la hélice gira una vuelta completa es proporcional al paso de la misma (distancia entre dos crestas sucesivas de la hélice). Por lo general, las roscas se fabrican con un paso igual al diámetro (P=D), lo cual se ha convenido en llamar pasa normal. Sin embargo, para aplicaciones especiales se pueden usar roscas de paso carta (P=2/3 D), de media paso (P=1/2 D) y de paso largo (P=1 1/2 D).
A partir de las variables antes señaladas es posible determinar una expresión matemática que permita calcular la capacidad de una rosca dada. En primer lugar considérese el volumen de un sector de rosca de longitud igual al paso:
Considerando que sólo una porción (f) de él está ocupado, el volumen de material desplazado por la rosca en una revolución será:
Luego el volumen total manejado en pie 3/h se obtendrá de multiplicar el volumen anterior por la velocidad (rpm) y por los factores de conversión respectivos. Entonces la capacidad viene dada por: C = 15π D2PNf donde, C: capacidad en pie3/h D: diámetro de la rosca (pies) P: paso (pies)
N: velocidad rpm f: coeficiente de llenado Para resumir y facilitar el manejo de la información se presentan los datos y dimensiones estándar en forma tabulada. En tal mentido en la tabla 15, se muestran las especificaciones, recomendadas por la Link Bolt, las cuales están referidas exclusivamente a roscas de paso normal.
Roscas inclinadas y verticales.
Aunque la mayoría de las aplicaciones las roscas son usadas horizontalmente, en casos particulares pueden requerir cierta inclinación, llegando inclusive a usarse en forma vertical. Una de las desventajas de emplear roscas inclinadas es que la capacidad decrece rápidamente a medida que la inclinación aumenta, como puede apreciarse en el gráfico de la figura 3.12. De ésta puede notarse, por ejemplo, que con una pendiente de 25º la capacidad es apenas 40% de la capacidad nominal.
En el caso de roscas verticales su uso esta restringido al manejo de granos o materiales finamente pulverizados. Su construcción exige, por una parte, que el tramo inferior de la hélice sea de paso corta y por otra, que el material sea alimentado a presión. Adicionalmente las velocidades requeridas son bastante superiores a las recomendadas para aplicaciones convencionales. La potencia requerida por una rosca depende del volumen y características del material transportado y de la longitud del aparato. En condiciones ordinarias de trabajo la potencia al eje del transportador puede aproximarse a:
(*) Si la longitud del transportador excede de 100 pies la potencia calculada a partir de esta fórmula debe ser incrementada de 10 a 15%. Donde: C: volumen de material transportado (pie 3/min) L: Longitud del transportador (pies). W: peso promedio del material (lbs/pie 3 ). F: factor que depende del material. T: Toneladas de 2.000 lbs, manejadas por hora. V: Desnivel entre los puntos de carga y descarga (si el material baja V es negativo). Experimentalmente se han obtenido los valores de F, para los distintos grupos de materiales indicados en la tabla 3.16, como sigue: En factor A 1.2 B1 1.4 a 1.8
B2 2.0 a 2.5 C 3.0 a 4.0 Determinación del Diámetro del eje. El diámetro del eje debe ser seleccionado para soportar la torsión o troqué a que es sometido durante la operación, el cual puede ser calculado mediante la expresión:
donde T = torsión en pulgxlb. Hp= potencia al eje N = velocidad en rpm En la tabla 16, se indican las capacidades máximas de torsión para ejes estándar; además se incluyen los diámetros de ejes que se admiten para los distintos diámetros de roscas. Así, una vez calculada la torsión, se compara ésta con las torsiones admisibles por los distintos diámetros de ejes, seleccionándose aquél que satisfaga los requerimientos mínimos, sin embargo, es necesario verificar si éste sé ajusta al diámetro de la rosca. Ejemplo ilustrativo Para el manejo de 25 Ton/hr de ácido oxálico en cristales, en una trayectoria horizontal de 40 pies, se va a usar una rosca transportadora. Especificar las dimensiones y características de la rosca más adecuada. Solución. De la tabla de propiedades de los materiales del apéndice 1 se obtiene: Clase: B36 L B: fino 3: pegajoso 6: no abrasivo L: higroscópico Peso promedio: 60 lbs/pie 3. Capacidad requerida
Cálculo de diámetro y velocidad de la rosca, De la tabla 15 el material corresponde al grupo B-1, con un factor de llenado de 30%. De acuerdo o esa misma tabla se requiere un diámetro mínimo de rosca de 12", la cual tiene una capacidad de 1200 pie 3/h a la velocidad máxima de 90 rpm. La velocidad sugerida será entonces:
luego Potencia:
El
D=12" y
N= 62.5 rpm
factor F correspondiente al grupo B1 está entre 1.4 y 1.8. Considerando el
promedio: F= 1.6 luego
HP = 1. 62 La potencia del motor se puede estimar, suponiendo que se usará transmisión de correas y poleas en V, como:
K = 1.5 n = 0.93
(1 < HP < 2) Apéndice 2.
Luego, un motor estándar de 3 HP será suficiente. Cálculo del diámetro del tubo:
T= 1632.96 ≈ 1633 pulg x lb. Para esta torsión podría usarse, de acuerda a la tabla 16, un eje de 1 1/2", sin embargo, las roscas de 12" admiten ejes de 2", 2 1/2 y 3", por la cual el eje será de 2" de diámetro. Resumen Diámetro de la rosca (D) = 12'' Velocidad (N) = 62.5 rpm Potencia del Motor: 3 HP Diámetro del tubo (d) = 2’’
Elevadores de Cangilones.
Consisten en un conjunto de tarros o recipientes metálicos (cangilones) fijos a una correa o cadena continua instalada en forma vertical sobre una estructura adecuada. El movimiento del conjunto se logra mediante un sistema motor-reductor que acciona una polea a rueda dentada a la cual se acopla la correa o la cadena, respectivamente. Componentes. Cangilones: especie de tarros, por la general de forma de prisma triangular y que constituyen el elemento esencial de transporte. Se construyen de fundición a chapas soldadas, bien de acero común a acero inoxidable.
Cadenas: son de paso largo, de acero con orejas a las que se fijan los cangilones. Bandas: se usan en algunos casos en lugar de las cadenas. Son correas de lona con recubrimientos de goma similares a las utilizadas en bandas transportadoras. Los cangilones van unidos a ellas mediante tornillos de cabeza plana o avellanada. El ancho de la correa debe ser 1" ó 2" mayor que el ancho de los cangilones. Caja: constituye el cuerpo de! elevador y cubre totalmente el resto de los componentes. Se fabrica en láminas metálicas. Conjunto de tope: incluye el sistema de impulsión (motor y reductor), el eje principal con sus chumaceras, la rueda dentada o polea impulsora y sus soportes. Conjunto de base: conformado por la rueda o polea impulsada con su eje, las chumaceras y el tensor. Chute de descarga: ubicado en la parte superior y unido la caja. Sirve para orientar la salida del material.
Tipos de Elevadores.
Los elevadores de cangilones se clasifican de acuerdo a la forma de descarga en elevadores de descarga centrífuga, de descarga perfecta y elevadores continuos. De estos últimos se pueden diferenciar además los de cadena sencilla, los de cadena doble o de supercapacidad y los de correa.
Elevadores de descarga centrífuga.
En estos aparatos el material entra por la parte inferior, a nivel del fondo del elevador, y es recogido por los cangilones al girar sobre la rueda dentada. La descarga ocurre en la parte superior por acción centrífuga, cuando los cangilones pasan sobre la rueda impulsora. La apropiada velocidad, diámetro de la rueda impulsora y ubicación del chuto de descarga, son factores importantes en la eficiencia del manejo y para mantener la limpieza de los cangilones una vez descargados. Los cangilones son de hierro maleable o chapa de acero, espaciados a intervalos. Pueden ir fijados a una correa o a una cadena. Debido al método de descarga, las velocidades requeridas son superiores a las de los otros tipos.
Elevadores de descarga perfecta.
Los cangilones van montados, separados entra sí, en dos cadenas paralelas (hay dos ruedas impulsaras y dos impulsadas) tensadas bajo las ruedas impulsaras, mediante dos ruedas dentadas complementarias, de manera que los cangilones queden en posición invertida sobre el chuto y la descarga ocurra por gravedad. Estos transportadores son máquinas de baja velocidad y el método de carga es semejante al tipo anterior.
Elevadores continuos - Cadena sencilla.
Los cangilones van montados en forma continua (sin separación entre ellos) sobre la cadena. Debido a esto y para garantizar el eficiente manejo de los materiales, el punto de carga está ubicado a una cota por encima del fondo del transportador de manera que los cangilones se llenen en posición de ascenso. En el tope la descarga de cada cangilón se efectúa sobre la parte frontal del cangilón que lo precede, guiando el material hacia el chute de descarga.
Elevadores continuos - Cadena doble.
En principio el funcionamiento de estos transportadores es similar al caso anterior. La diferencia entre uno y otra es que en éstos los cangilones van montados entre dos cadenas paralelas, permitiendo la utilización de un tipo especial de cangilones con la cara posterior inclinada, la cual lo confiere mayor capacidad de carga; en virtud de la cual se conocen con
el nombre de “elevadores de supercapacidad”
Elevadores continuos de correa.
El principio de funcionamiento de éstos es similar a los de correa, pero admiten velocidades mayores y en consecuencia tienen mayor capacidad de transporte. Para detalles adicionales véanse esquemas.
Usos. En general se utilizan para elevar materiales a granel desde muy finas hasta con trozos de 3 1/2" (90mm). La altura total dé elevación se limita a 100 pies (30.5m) en aparatos de fabricación estándar. Los elevadores centrífugos se adaptan perfectamente al manejo de materiales que fluyen libremente y cuya transporte no requiera cuidado excepcional. En consecuencia no son recomendables para materiales frágiles o desmenuzables. Los de descarga perfecta se usan para materiales frágiles, pegajosos o que fluyan con dificultad; mientras que las continuas son recomendados para materiales desmenuzables, abrasivos y/o que ofrezcan dificultad para ser recogidos por el fondo. Los de supercapacidad, por su parte, son empleados exclusivamente cuando so requiere el manejo de grandes volúmenes en espacios limitados.
Tipos de cangilones.
Los cangilones se fabrican en distintos estilos que se adaptan a las distintas clases de elevadores. Estilo AA: normalmente fabricados en hierro maleable. Además de ser razonablemente livianos y bien balanceadas, tienen el fondo redondeado para asegurar la descarga apropiada. Se usan en los elevadores de descarga centrífuga y de descarga perfecta. Estilo D: diseñados para ser montados en correas o en cadenas, permitiendo una mínima separación entro ellos. Son fabricados en chapa de acero y se usan exclusivamente en elevadores continuas. Estilo SC: su diseño, especial para elevadores de supercapacidad, permite un alto volumen de carga y el manejo de trozos más grandes que los manejados en otro tipo de cangilón. Tabla 17, muestra las características dimensionales de cada uno
Capacidad. La rata horaria de manejo de un elevador depende del volumen de los cangilones empleados, de la separación entre ellos y de la velocidad del aparato. Las tablas 18, 19, 20, 21, 22 y 23 presentan un resumen de los datos dimensionales de los equipos estándar con sus respectivas capacidades. En primer término cada tabla presenta el tamaño máximo de los trozos que pueden ser transportados, señalándose además el tamaño máximo admisible cuando el material está constituido por una mezcla de trozos finos con grandes. En la segunda columna se indican las capacidades, en toneladas (de 2000 lbs) por hora cuando se maneja, un material de 50 lbs/pie 3. Para escoger el elevador cuando el peso promedio del material es distinto, se debe calcular el tonelaje de referencia (t,) a partir de la expresión:
donde t: toneladas de material a manejar (2000 lbs) δ : peso promedio del material (lbs/pie 3) La tercera y cuarta columnas presentan, respectivamente, las dimensiones de los cangilones y el espaciamiento entre ellos. Por último, en la quinta columna, se listan las velocidades estándar de operación. En el caso de los elevadores centrífugos pueden usarse velocidades hasta un 10% superiores pero no pueden ser inferiores a las indicadas, Para los otras elevadores éstas pueden ser reducidas a cualquier valor inferior que sea requerido de acuerdo a las necesidades lo cual además resulta ventajoso.
Cálculo de la potencia.
Resulta obvio que la potencia consumida por un elevador está asociado con la cantidad de material que maneja y con la altura del mismo. En condiciones ordinarias de operación las expresiones mostradas a continuación ofrecen una aproximación razonable de los requerimientos de potencia. Para elevadores centrífugos (correa a cadena) y elevadores de descarga perfecta:
y para elevadores continuos y de supercapacidad:
En ambos casos T: toneladas de 2.000 lbs por hora. H: altura de elevación en pies. La potencia del motor se calculará, como en los casos anteriores, tomando en consideración la potencia al eje y el tipo de transmisión utilizada.
Ejemplo ilustrativo
Se desea usar un elevador de cangilones para descargar 16 TM/h de Fosfato
Dicálcico y depositarlo en un silo. La altura del elevador debe ser de 70 pies.
Solución:
Del apéndice 1 se obtiene: Fosfato Dicálcica: A36
A: muy fino. 3: pegajoso, ángulo de reposo de 45º o más. 6: no abrasivo.
Pesa promedio: 43 lbs/pie 3. Debido a que el material es pegajoso se escogerá un elevador de descarga perfecta. Cálculo del tonelaje de referencia.
T= 16 TM/h x 1.1 ton/TM = 17.6 ton/h δ = 43 lbs/pie 3
De la tabla 19, el elevador que satisface los requerimientos tiene las siguientes características: Cangilones de 20" x 8'' Espaciamiento: 24'' Velocidad: 90 pies/min Capacidad nominal: 22 ton/hora Ajuste de velocidad
Velocidad de trabajo sugerida: 84 pies/min. Cálculo de potencia
de aquí que:
La potencia del motor, usando transmisión por correa en V y polea, será:
Un matar estándar dé 4 HP debe ser el utilizado. En resumen: Elevador de descarga perfecta
