sistemas-alimentadores

 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO MANEJO DE MATERIALES SOLIDOS A GRANEL (MMSG)

PDVSA N° N°

TITULO

MDP–11–MT–01

0

NOV.97

REV.

FECHA

APROB.

1994

SISTEMAS ALIMENTADORES

APROBADA DESCRIPCION FECHA NOV.97

APROB.

30

L.G.

PAG.

REV.

M.D.

L. R.

APROB. APROB. FECHA NOV.97

ESPECIALISTAS

MANUAL DE DISE ÑO DE PROCESO



SISTEMAS ALIMENT ALIM ENTADORES ADORES

–11 –MT –MT –01 –01 PDVSA MDP –11 REVISION

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Indice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

3 TIPOS DE ALIMENTADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17

Alimentador de banda articulada (“Apron Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de correa (“Belt Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de cortina de cadenas (“Chain Curtain Feeder”) . . . . . . . . . . Alimentador de extracción (“Extraction Type Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador “En Masse” (“En Masse Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de aletas (“Flight Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador gravimétrico (“Gravimetric Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador neumático (“Pneumatic Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador portátil (“Portable Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de plato reciprocante (“Reciprocating Plate Feeder”) . . . . . . Alimentador de mesa rotatoria (“Rotary Table Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de rodillo (“Roll Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de paletas rotatorias (“Rotary Vane Feeder”) . . . . . . . . . . . . . Alimentador de arado rotatorio (“Rotary Plow Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador despojador (“Scalper Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de tornillo (“Screw Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de vibratorio (“Vibrating Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 4 5 5 5 6 8 8 8 8 10 11 12 13 14 14 16

4 ALIMENTADORES: RESUMEN DE PROPIEDADES . . . . . . . . . . .

18

5 ALIMENTADORES: SELECCION Y DIMENSIONAMIENTO . . . . .

19

6 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Indice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

3 TIPOS DE ALIMENTADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17

Alimentador de banda articulada (“Apron Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de correa (“Belt Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de cortina de cadenas (“Chain Curtain Feeder”) . . . . . . . . . . Alimentador de extracción (“Extraction Type Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador “En Masse” (“En Masse Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de aletas (“Flight Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador gravimétrico (“Gravimetric Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador neumático (“Pneumatic Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador portátil (“Portable Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de plato reciprocante (“Reciprocating Plate Feeder”) . . . . . . Alimentador de mesa rotatoria (“Rotary Table Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de rodillo (“Roll Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de paletas rotatorias (“Rotary Vane Feeder”) . . . . . . . . . . . . . Alimentador de arado rotatorio (“Rotary Plow Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador despojador (“Scalper Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de tornillo (“Screw Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentador de vibratorio (“Vibrating Feeder”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 4 5 5 5 6 8 8 8 8 10 11 12 13 14 14 16

4 ALIMENTADORES: RESUMEN DE PROPIEDADES . . . . . . . . . . .

18

5 ALIMENTADORES: SELECCION Y DIMENSIONAMIENTO . . . . .

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6 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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OBJETIVO Para asegurar un flujo uniforme entre las unidades de almacenaje, manejo y procesamiento de una material só s ólido a granel, cobra especial importancia el uso de los sistemas alimentadores. Entre los mú m últiples usos que se le dan a los sistemas alimentadores se pueden citar: la transferencia de materiales desde los vagones de carga o los camiones de volteo hasta las cintas transportadoras, transportadoras, desde tolvas y silos hasta las unidades de procesamiento y, de productos terminados a empaquetamiento final. Este documento, el cual forma parte del t ópico 3: Sistemas alimentadores y transportadores, presenta presenta los tipos má m ás comunes de sistemas alimentadores y sus caracterí caracter ísticas má más importantes. Adicionalmente, en este documento se incluyen los par ámetros de selecció selecci ón que permitirá permitir án escoger el tipo de alimentador má m ás apropiado para una aplicació aplicaci ón potencial requerida.

2

ALCANCE Este tó tópico cubre lo concerniente a los tipos, caracter ísticas y pará par ámetros de selecció selecci ón de los alimentadores de materiales s ólidos a granel.

3

TIPOS DE ALIMENTADORES Con frecuencia, muchos tipos de alimentadores est án en capacidad de cubrir eficientemente los requerimientos de una aplicaci ón especí específica: cuando esto ocurre, la escogencia de uno de ellos puede resultar una tarea dif ícil. En estos casos, el factor de selecció selecci ón preponderante será ser á la experiencia y/o la preferencia individual de los ingenieros o de los operadores. Frecuentemente, una mala referencia de un alimentador cuya escogencia no fue adecuada para una aplicació aplicaci ón especí específica lo eliminará eliminará automá automáticamente de futuras consideraciones en una planta en particular o en toda una industria. Con el fin de permitir una escogencia lo m ás adecuada posible, a continuació continuaci ón se describirá describir án las caracterí caracter ísticas de los tipos de alimentadores má m ás utilizados a nivel mundial.


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3.1

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Alimentador de banda articulada (“Apron Feeder”) Este tipos de alimentador consiste en una banda met álica articulada con bordes terminados en aletas yuxtapuestas (Fig. 1). La banda se obtiene comercialmente en acero de alto carbono, con manganeso o con n íquel – cromo – molibdeno. Fig 1. ALIMENTADOR DE BANDA ARTICULADA ( ”APRON FEEDER ”.

Este tipo de alimentador es apropiado para cargas que produzcan impactos durante la transferencia y para manejar materiales gruesos, calientes o abrasivos. Sin embargo, no se debe usar con materiales abrasivos muy finos los cuales pudieran colarse entre las juntas y producir un desgaste temprano del equipo. La medición de la capacidad del alimentador de banda articulada est á basada en cantidades volumétricas de material, las cuales est án controladas por el área transversal del lecho de carga y por la velocidad de operaci ón. Las condiciones límites típicas de operación de los alimentadores de banda articulada se citan a continuaci ón: 

Máxima inclinación respecto a la horizontal, grados:

10



Mínima velocidad de operación, pie/min (m/s):

5 (0,02)



Velocidad normal de operación, pie/min (m/s):

30 (0,15)



Máxima velocidad de operación, pie/min (m/s):

75 (0,38)



Anchos máximos de las bandas estándares, pulgadas (m): 96 (2,44)



Máximas longitudes de bandas estándares, pie (m):

100 (30,48)


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Los alimentadores de banda articulada pueden ser movidos por motores el éctricos independientes y/o combinaciones de cadenas y engranajes asociados al motor del equipo a ser alimentado.

3.2

elt Feeder ” ) Alimentador de correa ( “B Comercialmente, se dispone de dos tipos de alimentadores de correa: de rodillos y de lecho de deslizamiento. El primero emplea rodillos de libre rodamiento para sostener las zonas centrales de la correa. El alimentador de lecho de deslizamiento utiliza una bandeja plana de acero en sustituci ón de los rodillos. Un alimentador de correa es, b ásicamente, una correa transportadora corta, la cual consiste de una cinta, un rodillo tractor ( “drive pulley”), un rodillo tensor (“take – up pulley”), un motor, una caja conectada a la alimentaci ón o a la descarga del equipo asociado al alimentador y, una compuerta (Fig. 2). Fig 2. ALIMENTADOR DE CORREA (BELT FEEDER ”).

La compuerta asegura que un volumen constante de material est á siendo descargado. La rata de manejo de material se podr á ajustar cambiando la velocidad de la correa y la abertura de la compuerta. Dado que estos equipos pueden ser auto limpiantes, los alimentadores de correa podrán ser usados para aplicaciones que requieran manejar diferentes tipos de materiales sin que exista contaminación. Es en el manejo de materiales particulados finos en donde los alimentadores de correa han encontrado su mayor aceptaci ón. La posibilidad de ajustar la compuerta y variar la velocidad de operaci ón, le permiten a este tipos de alimentador el proveer un flujo de descarga preciso, por lo que se le usa comúnmente como equipo principal de las correas pesadoras.


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Este equipo no es recomendado para manejar materiales muy pegajosos, calientes o consistentes en trozos grandes con bordes agudos o cortantes. Las condiciones límites típicas de operación de los alimentadores de banda articulada se citan a continuaci ón:    

Tamaño máximo del material, pulgadas (mm): 6 (152,4) Anchos máximos de las bandas estándares, pulgadas (m): 72 (1,83) Inclinación normal respecto a la horizontal, grados 0 Máxima velocidad de operación, pie/min (m/s): 50 (0,254)

Debido a que los alimentadores de correa manejan normalmente materiales particulados finos, son problemas frecuentes el tener reboses laterales de material y polvo. Para evitar estas situaciones se deber án tomar previsiones especiales como sellos laterales, cerramientos y equipos de recolecci ón de polvos.

3.3

Alimentador de cortina de cadenas ( “ Chain Curtain Feeder ” ) El alimentador de cortina de cadenas consiste en un grupo de cadenas sin fin que controlan la descarga de un bajante inclinado (Fig. 3).

Fig 3. ALIMENTADOR DE CORTINAS DE CADENA ( “CHAIN BELT FEEDER ”).

Este equipo se usa, principalmente, para el manejo de rocas que van a ser alimentadas a trituradores o cribas en operaciones de miner ía. Tanto el dimensionamiento, como el resto de las caracter ísticas del equipo están basadas en data empírica de los manufacturadores.

3.4

Alimentador de extracci ón ( “E xtraction Type Feeder ” ) Debido a sistemas de almacenamiento existentes o a limitaciones de espacio, el disponer de silos o tolvas que permitan la libre fluencia de su contenido resulta


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inaccesible. Adicionalmente, para materiales pegajosos o cohesivos, el dise ño ideal de tolva que permitiría la libre fluencia del material no resultar ía práctico. En estos casos existen una gran variedad de alimentadores de extracci ón, los cuales combinan agitación y medición de flujo. Estos equipos comprenden una combinación de elementos medidores y actuadores sobre el flujo de descarga. Es importante no confundir a los alimentadores de extracci ón con los sistemas facilitadores de descarga (“flow aid”), los cuales promueven el flujo pero no lo controlan. La mayoría de esos equipos son del domino exclusivo de sus fabricantes y, como tales, sus características de diseño están amparadas por patentes, pudiéndose conseguir en el mercado por marcas o nombres registrados. Estas unidades efectúan, generalmente, acciones mecánicas por medio de sistemas alimentadores convencionales, tales como brazos mec ánicos, conos vibratorios y tornillos sin fin. En el caso de que se requiera el uso de un alimentador de extracci ón, se recomienda que el usuario se involucre con varios fabricantes, llevando a cabo pruebas de campo que permitan comparar los beneficios y limitaciones de cada una de las opciones seleccionadas. De esta forma se podr á llegar a una escogencia final que asegure una operaci ón apropiada.

3.5

Alimentador “ En Masse ” ( “ En Masse Feeder ” ) El alimentador “en – masse” consiste en un esqueleto articulado compuesto por una serie de aletas de diferentes tipos montadas sobre una cadena sin fin u otro sistema de amarre. La cadena y las aletas operan dentro de una carcaza herm éticamente cerrada, de tal forma que el material es arrastrado, en un flujo continuo, a trav és de toda el área transversal de la carcaza. Este tipo de equipo raramente es usado como un alimentador individual. Lo com ún es que forme parte de un sistema completo de transportador “en – masse”. Este tópico será cubierto en el capítulo PDVSA MDP – 11 – MT – 04.

3.6

Alimentador de aletas ( “ Flight Feeder ” ) El alimentador de aletas consiste en una mesa plana sobre la cual el material es arrastrado por medio de una serie de aletas que cubren todo el ancho de la mesa. Las aletas están ancladas en cada uno de sus extremos a sendas cadenas sin fin (Fig. 4).


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Fig 4. ALIMENTADOR DE ALTEAS ( ”FLIGHT FEEDER ”).

El movimiento de las aletas sobre la mesa resulta en una acci ón extractiva del material desde la tolva bajo la cual el alimentador est á ubicado. El flujo de material se controla por medio de una compuerta que regula la profundidad del lecho de material descargado. La capacidad de extracci ón está asociada a la velocidad del alimentador y a la profundidad del lecho. Los alimentadores de aleta pueden operar en horizontal o con cierta pendiente. Se los usa generalmente para materiales livianos y poco abrasivos, tales como carb ón y astillas de madera. Materiales consistentes por trozos grandes o completamente por finos deberán manejarse con otros tipos de alimentadores. Las condiciones límites típicas de operación de los alimentadores de aletas se citan a continuación:       

Capacidad máxima, t/h(1) Ancho mínimo, pulgadas (m): Ancho máximo, pulgadas (m): Longitud mínima, pie (m):

300 12 (0,3) 36 (0,9) 5 (1,524)

Longitud máxima, pulgadas (m): Mínima velocidad de operación, pie/min (m/s): Máxima velocidad de operación, pie/min (m/s):

12 (3,66) 20 (0,102) 50 (0,254)

Los alimentadores de aletas más largos deben estar fabricados en materiales resistentes a la abrasión. (1)

Para materiales con una densidad a granel de 50 lb/pie 3 o 801 kg/m3


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Alimentador gravim ét rico ( “G ravimetric Feeder ” ) Una correa transportadora manufacturada en combinaci ón con un elemento de medición de peso es la base de la mayoría de los alimentadores gravimétricos que se pueden conseguir en la actualidad. Como en el caso de los alimentadores de extracci ón, la mayoría de esos equipos son del domino exclusivo de sus fabricantes y, como tales, sus caracter ísticas de diseño están amparadas por patentes, pudiéndose conseguir en el mercado por marcas o nombres registrados.

3.8

neumatic Feeder ” ) Alimentador neum át ico ( “P Los alimentadores de transporte neumático se utilizan principalmente para manejar materiales secos pulverizados o granulados. Los detalles relativos a estos sistemas se presentan en el documento PDVSA MDP – 11 – MT – 06.

3.9

Alimentador port át il ( “ Portable Feeder ” ) Frecuentemente, cuando se manejan materiales s ólidos a granel se presenta la necesidad de alimentar estos materiales desde diferentes puntos. Existe en el mercado una gran variedad de estos alimentadores port átiles. Entre los tipos más comunes se pueden encontrar tornillos horizontales o inclinados (rígidos y flexibles), cintas transportadoras y, alimentadores de aletas.

3.10

eciprocating Plate Feeder ” ) Alimentador de plato reciprocante ( “R El alimentador de plato reciprocante consiste en una mesa plana apoyada sobre rodamientos y conectada por un brazo a un eje exc éntrico ubicado en la rueda motriz (Fig. 5). Cuando el plato avanza, impulsa al material hacia adelante. Cuando retrocede, deja un espacio vac ío que permite la descarga del material desde la tolva.


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Fig 5. ALIMENTADOR DE PLATO RECIPROCANTE (“RECIPROCATING PLATE FEEDER ”).

La capacidad de este tipo de alimentador est á regulada por la abertura de la compuerta, la distancia recorrida por el plato en cada ciclo y por la velocidad de la rueda motriz. La descarga que proporciona el alimentador de plato reciprocante es intermitente. En algunas ocasiones, el sistema viene equipado con dos platos conectados a la descarga de sendas tolvas, lo que permite que el flujo de descarga sea m ás continuo. Las ventajas principales de los alimentadores reciprocantes son su bajo costo de inversión y su capacidad para manejar un amplio rango de tipos de materiales y de tamaños. Sin embargo, estos equipos no son auto limpiantes, por lo que una vez que la tolva se encuentre vac ía, se debe retirar el material remanente en el plato. Estos equipos no son recomendados para materiales abrasivos, dado que la acción de deslizamiento del material puede deteriorar el plato tempranamente, a menos que se utilicen materiales de construcci ón especiales.


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Las condiciones límites típicas de operación de los alimentadores de plato reciprocante se citan a continuaci ón:    

Capacidad máxima, t/h(1) : Ancho mínimo, pulgadas (m): Ancho máximo, pulgadas (m): Longitud máxima, pulgadas (m):

1000 18 (0,46) 60 (1,52) 8 (2,44)

Estos equipos pueden ser impulsados por los motores de los equipos que ellos alimentan o por motores exclusivos.

3.11

Alimentador de mesa rotatoria ( “ Rotary Table Feeder ” ) El alimentador de mesa rotatorio consiste en un disco horizontal que rota bajo la boca abierta de una tolva. La mesa es de un di ámetro mayor que la abertura de la tolva y el espacio libre entra la tolva y el disco es suficientemente peque ño como para evitar que el material se derrame por el borde de la mesa cuando esta no se encuentra rotando (Fig. 6). Fig 6. ALIMENTADOR DE MESA ROTATORIA ( “ROTARY TABLE FEEDER ”).

(1)

Para materiales con una densidad a granel de 100 lb/pie 3 o 1602 kg/m3


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Una vez que la mesa se encuentra en movimiento, el material fluye por fuerza centrífuga hacia el borde del disco, pasando por debajo de un anillo ajustable ubicado alrededor de la boca de descarga de la tolva. Un deflector fijo desv ía al material, a un flujo controlado, desde la mesa hacia un transportador o a un equipos de procesamiento. Los alimentadores de mesa rotatoria se usan en una amplia variedad de industrias, entre las cuales se pueden citar funder ías, plantas de sínter y plantas de pulpa de papel. Este tipo de alimentador permite descargar una cantidad medida de material, asegurando un flujo constante y evitando excesos o defectos en la carga. Comercialmente, estos equipos se pueden conseguir en di ámetros ubicados entre los 11 / 2 y los 20 pies (0,46 – 6,1 m). El volumen de descarga es regulado subiendo o bajando el anillo, cambiando de posici ón al deflector y/o variando la velocidad de la mesa. Los equipos de mayor diámetro se usan, normalmente, para manejar materiales livianos y los de menor diámetro para materiales pesados.

3.12

Alimentador de rodillo ( “R oll Feeder ” ) El alimentador de rodillo o de tambor rotatorio consiste en un rodillo similar a los tensores de las cintas transportadoras. Se ubica contiguo al bajante de descarga de una tolva (Fig. 7). Fig 7. ALIMENTADOR DE RODILLO ( “ROLL FEDER ”).

La capacidad de extracci ón de este equipo es dependiente de la fricci ón que se produce entre la superficie del rodillo y el material, por lo que esta superficie se presenta, en la mayoría de los casos, irregular o con relieves para aumentar el arrastre.


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El alimentador de rodillo puede ser usado para aislar la tolva ( “air lock”), cuando su contenido deba ser descargado en un ambiente cuya presi ón sea ligeramente superior o inferior al de ésta.

3.13

Alimentador de paletas rotatorias ( “ Rotary Vane Feeder ” ) Los alimentadores de paletas rotatorias se manufacturan comercialmente en dos formas básicas: abiertos o cerrados. Las unidades abiertas se adaptan mejor al manejo de materiales granulados. Las unidades cerradas, construidas con paletas pequeñas y diseñadas para servir de sello al paso de aire, permiten descargar materiales pulvurentos con altos niveles de dispersibilidad. Los alimentadores de paletas rotatorias se usan, frecuentemente, conectados a la descarga de las tolvas. La combinaci ón de la velocidad a la que gira el alimentador y el volumen individual de los bolsillos formados entre las paletas y la carcaza, determinan el flujo de material desplazado por el equipo. Con la excepción de diseños especiales, los materiales húmedos o pegajosos no deben ser manejados por este tipo de equipos, dado que su operaci ón depende exclusivamente de la fuerza de la gravedad. Comercialmente se disponen de una gran variedad de rotores que pueden ser construidos en diversos materiales. Sus formas m ás comunes se muestran en la Fig. 8.

Fig 8. ALIMENTADOR DE PALETAS ROTATORIAS ( “ROTARY VANE FEEDER ”). DIFERENTES TIPOS DE PALETAS.


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3.14

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Alimentador de arado rotatorio ( “ Rotary Plow Feeder ” ) El alimentador de arado rotatorio est á conformado por una serie de aspas montadas en un eje vertical de tal forma que las aspas permitan extraer el material acumulado en una abertura horizontal. El sistema de extracci ón está montado sobre un carro que se desplaza, en ambos sentidos, a todo lo largo de la abertura horizontal, permitiendo descargar el material en una cinta transportadora (Fig. 9). Fig 9. ALIMENTADOR DE ARADO ROTATORIO ( “ROTARY PLOW FEEDER ”).

El alimentador de arado rotatorio est á diseñado para manejar minerales, carbón, y materiales compuestos por partículas finas o pequeñas. Ha sido empleado con éxito para recuperar materiales almacenados en grandes pilas. La capacidad de este sistema dependerá de la velocidad del carro y de las aspas. La distancia recorrida por el carro se ajusta mediante “switches” que cambian automáticamente el sentido del recorrido, asegurando as í un flujo de descarga constante.


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Alimentador despojador ( “S calper Feeder ” ) Existe una gran variedad de alimentadores despojadores, conformados por una superficie de barras o filas reciprocantes compuestas por rodillos de libre rotaci ón de un diseño especial (Fig. 10). Fig 10. ALIMENTADOR DESPOJADOR ( “SCAPLER FEEDER ”).

Este tipo de equipo se usa con mayor frecuencia en operaciones de miner ía, en las cuales el material se descarga desde camiones o vagones sobre el alimentador despojador. La carga entra en contacto con las barras y los finos se separan por gravedad, pasando a través de los rodillos rotantes. La fracci ón de mayor tamaño es conducida a lo largo de la superficie del alimentador. Los alimentadores despojadores pueden virtualmente manejar cualquier tipo de material a granel, siendo especialmente útiles con cargas cohesivas o adhesivas. Sin embargo, debido a su complicada construcci ón y mecanismos impulsores, su costo de inversión es alto.

3.16

Alimentador de tornillo ( “S crew Feeder ” ) Los alimentadores de tornillo consisten, b ásicamente, en una espiral metálica montada sobre un eje central. El espaciamiento entre las alas del tornillo es variable al igual que sus di ámetros. De esta forma se pueden encontrar tornillos uniformes o de diseños especiales, de acuerdo a las caracter ísticas del material y de la tolva (Fig. 11).


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Fig 11. ALIMENTADOR DE TORNILLO ( “SCREW FEEDER ”).

DISEÑO NORMAL

DISEÑO ESPECIAL


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A diferencia de otros tipos de alimentadores o transportadores, los dise ños estándares de estos equipos est án normados bajo ANSI/CEMA 350. El cap ítulo 6 de esta norma, correspondiente a los alimentadores de tornillo, se incluye como material anexo. El que estos equipos est én normados permite conseguir partes de reemplazo estándares con diferentes fabricantes. Los alimentadores de tornillo pueden manejar muy diversos tipos de materiales y rangos de tamaño. Por ser un equipo de desplazamiento positivo, puede alimentar materiales contra presiones mayores a los 15 psig. Una ventaja adicional representa el que este equipo no tiene elementos de retorno como los alimentadores de correa, por lo que no produce p érdidas de material, pudiéndose encerrar completamente para permitir un control total sobre las emanaciones de polvo. Cuando se maneje materiales adhesivos o cohesivos se requerir á de aletas de diseño especial. Materiales muy finos de extrema fluencia pueden ser dif íciles de manejar con equipos estándares, creando condiciones de flujo inestable. El distanciamiento entre las alas del tornillo puede ser variable, increment ándose en la dirección del flujo para obtener una descarga m ás uniforme, especialmente en tolvas con bocas de descarga rectangulares o elipsoidales. Otra variaci ón que persigue el mismo objetivo es ir reduciendo el di ámetro de las alas o del eje en el sentido del flujo. La capacidad y potencia de un alimentador de tornillo est á basado, en parte, en la experiencia de los fabricantes, y se reportan, normalmente, en sus cat álogos.

3.17

Alimentador de vibratorio ( “ Vibrating Feeder ” ) Un alimentador vibratorio consiste en una mesa montada sobre resortes impulsada mediante un mecanismo que ocasiona que el material se mueva hacia arriba y hacia abajo sobre la superficie de la mesa (Fig. 12). Fig 12. ALIMENTADOR VIBRATORIO ( “VIBRATING FEEDER ”).


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Existen en el mercado dos tipos disponibles de alimentadores vibratorios: de fuerza directa y de fuerza indirecta. De fuerza directa son aquellos donde la fuerza producida por contrapesos que rotan se aplica directamente sobre la mesa del alimentador. Este dise ño es, esencialmente, de rata constante y no permite ejercer un control preciso sobre el flujo debido a las variaciones que se producen en la descarga de las tolvas. Sin embargo, este tipo de alimentador es de bajo costo de inversi ón y puede manejar un amplio espectro de materiales. De fuerza indirecta son aquellos donde la fuerza de vibraci ón es producida por una fuente de excitación y amplificada por los resortes de suspensi ón. Estos equipos requerirán menor consumo de potencia y menor mantenimiento que los de fuerza directa. Las fuentes de excitaci ón más usadas son las electromagnéticas y las electromecánicas. Los alimentadores electromecánicos son competitivos en costos de inversi ón con los electromagnéticos para capacidades sobre las 5 t/h. Adicionalmente, los equipos electromecánicos requieren de un mantenimiento menos especializado que los electromagnéticos, pueden ser construidos a pruebas de explosiones (“explosion – proof”), y manejan un mayor rango de materiales que los segundos. El flujo de los alimentadores vibratorios es una funci ón de la densidad a granel del material, de el ancho y profundidad del lecho formado sobre la mesa y de la velocidad lineal superficial. Una inclinaci ón de la mesa respecto a la horizontal redundará en una mayor velocidad lineal. Factores críticos en la aplicación de este tipo de equipos son la geometr ía del cono y de la abertura de la tolva y de la mesa. Los cat álogos de los fabricantes no s ólo incluyen información sobre los flujos potenciales, las dimensiones de los equipos y los requerimiento de potencia, sino que tambi én presentan las geometrías recomendadas para la instalación del equipo. El comportamiento de los alimentadores vibratorios frente a materiales muy finos o cohesivos es muy sensible, y se debe consultar a los expertos en el área a fin de obtener recomendaciones que reduzcan la posibilidad de que el equipo opere de manera indeseada. Se los puede conseguir comercialmente en tama ños de unas pocas pulgadas de ancho por un pie de longitud, manejando flujos m ínimos (electromag – néticos), hasta unidades de 76 pulgadas (1,93 m) de ancho por 20 pies (6.1 m) de longitud (electromecánicos) manejando materiales sobre las 1000 t/h. Pueden conseguirse equipos con diseños especiales de 100 pulgadas (2,54 m) de ancho por 35 pies (10,7 m) de largo, manejando 10000 t/h.


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ALIMENTADORES: RESUMEN DE PROPIEDADES La Tabla 1 presenta las caracter ísticas más resaltantes de algunos de los alimentadores mencionados en la sección anterior. TABLA 1. CARACTER Í STICAS DE VARIOS TIPOS DE ALIMENTADORES. Tipo de alimentador Tornillo

Correa

Variable

Temperatura

Banda

Paletas

Mesa

Arado

articulada

rotatorias

rotatoria

rotatorrio

hasta

hasta

1000 °F

450 °F

––

Baja

Alta

Alta

1000

5000

5000

2 – 40

5 – 300

10 – 50

rpm

pie/min.

pie/min.

––

Regular

Pobre

Buena

Final

Final

Final

––

Vibratorio

––

––

––

Muy baja

Baja

Alta

Baja

––

––

––

––

Capacidad para manejar flujos altos de material

Máximo flujo, t/h ( ρ = 100 lb/pie

3

Velocidad del alimentador

Resistencia al impacto

Punto de descarga

)

Configuración de la boca de descarga de la tolva

Gravimétrico o volumétrico Capacidad para ser usado como sello contra presión de gas

0 – 80

rpm

––

pie/mon.

Pobre

Buena

––

Buena

Central

Lateral

Lateral

Cuadrada Rectangular

Boca de descarga: máx. relación longitud / ancho

2 – 10

Rectangular

Rectangular

o circular

Cuadrada Circular

Circular

o circular

Definidos por la 6/1

Volum.

profundidad del lecho

4/1

––

Ilimitado

––

Ambos

Volum.

Volum.

Volum.

Volum.

Volum.

Pobre

Pobre

Buena

Pobre

Pobre

Pobre

Depend. del material

Relación de normal / mínima carga (”turndown ratio”)

Final

10 : 1 10 : 1

10 : 1

10 : 1

10 : 1

3:1

3:1

o más

Sin

Algunos

Algunos

Sin

Control de pérdidas de material en

Sin

la zona de retorno del alimentador

problemas

Malo

Malo

problemas

problemas

problemas

problemas

Rectangular

Rectangular

Rectangular

Circular

Circular

Circular

Circular

2 pies

3 pies

3 pies

2 pies

6 pies

2 pies

2 pies

Diámetro mínimo de la boca de descarga de la tolva

normal Tamaño máximo de partícula

1

normal

aprox. / 2 ”

aprox. 2 ”

+ 12 ”

aprox. 1 / 2 ”

aprox. 2 ”

aprox. 2 ”

+ 12 ”

Buena

Regular

Pobre

Buena

Pobre

Pobre

Pobre

Pobre

Buena

Pobre

Pobre

Buena

––

Pobre

Buena

Pobre

Pobre

Buena

Pobre

Pobre

Pobre

Pobre

Buena

Pobre

Regular

Pobre

Pobre

Buena

Capacidad para manejar polvos finos secos Capacidad para manejar materiales abrasivos Capacidad para controlar emisiones de polvo Capacidad para manejar materiales degradables (grado alimentos)


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ALIMENTADORES: SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO La selección de los alimentadores para el manejo de s ólidos a granel está influenciada por la geometría del cono de la tolva, dimensiones y ubicaci ón de las bocas de descarga, características del material, configuración de los equipos relacionados a las operaciones de manejo, restricciones de espacio f ísico en la planta y preferencias personales. Para trabajar con una base de datos apropiada se debe recopilar la informaci ón contenida en los catálogos de los fabricantes, en donde se puede encontrar capacidades, dimensiones de los equipos y requerimientos de servicios. Cuando se busca una recomendaci ón sobre el tipo de alimentador a escoger para una aplicación específica y su costo, frecuentemente se consigue que las características en tamaño y potencia referidas por distintos proveedores pueden tener diferencias. Aún cuando un tipo de alimentador particular es especificado y requerido, los suplidores frecuentemente proponen opciones alternas al equipo escogido. Esto se debe a que la definici ón de la capacidad y potencia de un alimentador está basada en muchos factores, algunos de los cuales requieren de pruebas y otros pueden ser establecidos emp íricamente. En general, la capacidad de un alimentador está basada en un volumen de material a granel, con una densidad dada, pasando a trav és de un espacio controlado a una velocidad fija. Si no hubiera otros factores en juego, la determinaci ón de la capacidad del equipo sería un cálculo simple: Densidad a granel x Volumen x Velocidad = Capacidad Partiendo de esta fórmula sencilla, es necesario modificar el valor obtenido por algunos de los siguientes factores para conseguir la capacidad real de la unidad:     

¿El ángulo del cono de la tolva tiene un valor suficientemente alto para asegurar la libre fluencia del material? ¿La boca de descarga de la tolva tiene las dimensiones apropiadas para evitar taponamientos? ¿Cuál es la eficiencia friccional de la superficie del alimentador? ¿Como varía la capacidad del equipo si la superficie de transporte se inclina hacia arriba o hacia abajo? ¿De qué manera se descarga el material en el alimentador?.

Algunos ingenieros efectúan pruebas sobre el material o con el alimentador específico para determinar factores de flujo, tama ños de la abertura de descarga, características de operación, etc. Otros confían en experiencias similares, mientras que el resto basa su selecci ón en su propia metodología.


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La determinación de la potencia requerida por un alimentador espec ífico no se deriva de un cálculo sencillo, y dependerá de los siguientes factores: 

La potencia necesaria para mover el mecanismo del alimentador vac ío.



La potencia requerida para mover el material, incluyendo levantamiento, si lo hubiera.



La potencia necesaria para vencer la fricci ón del material a lo largo de lo bordes del alimentador.



La potencia requerida para extraer el material de la tolva.

Frecuentemente, dentro de los cálculos de la potencia requerida, se incluye un factor por características especiales del material. Adicionalmente, la potencia de arranque, la cual es mayor que la potencia de operaci ón, es definida arbitrariamente en la mayor parte de los casos. Consecuentemente, cualquier fórmula reportada en los catálogos de los fabricantes o en otro tipo de texto, debe ser cuidadosamente analizada para la aplicación específica. La selección de un alimentador se hace particularmente complicada dado que es posible encontrar una gran variedad de construcciones para cada tipo, y se deberán considerar una multiplicidad de factores para asegurar un servicio confiable y duradero al menor costo posible. Tal como se ha enfatizado a lo largo de este tema, la gran cantidad de factores involucrados en la selección de un alimentador sólo permite establecer guías generales. En la Tabla 2 se presentan algunos de los elementos m ás relevantes que afectan la selección de los alimentadores más comunes. En esta tabla, el asterisco (*) significa una aplicaci ón ideal. Sin embargo, esto no significa que un alimentador individual no pueda ser adaptado para trabajar satisfactoriamente bajo otras condiciones.


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PDVSA MDP –11 –MT –01


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TABLA 2. MATRIZ DE SELECCI ÓN DE LOS ALIMENTADORES DE MATERIALES SÓLIDOS A GRANEL. Tipo de alimentador Banda

Parámetro

Correa

Aletas

articulada

Plato

Mesa

Paletas

reciprocante

rotatoria

rotatorias

Tornillo

Vibratorio

*

*

Características del material Tamaño Excesivamente grueso (< 48 ”)

*

Grueso (< 12 ”)

*

Mediano (< 3 ”)

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

3

Fino (< / 4 ”)

*

Muy fino (< 10 mallas)

Fluencia *

Libre

*

*

*

Fluidizable

*

*

Alta temperatura

Bueno

Pobre

Bueno

Bueno

Bueno

Bueno

Bueno

Bueno

Abrasivo

Bueno

Pobre

Pobre

Promedio

Pobre

Pobre

Pobre

Bueno

Cohesivo y/o adhesivo

*

Otros

Características del alimentador Requerimientos de alimentación Descarga uniforme

Bueno

Bueno

Promedio

Promedio

Bueno

Bueno

Promedio

Bueno

Promedio

Promedio

Pobre

Promedio

Promedio

Promedio

Promedio

Promedio

Bueno

Bueno

Pobre

Promedio

Bueno

Promedio

Promedio

Bueno

Costo de inversión

Alto

Promedio

Promedio

Bajo

Alto

Bajo

Promedio

Alto

Mantenimiento

Alto

Bajo

Alto

Bajo

Bajo

Promedio

Servicios (electricidad)

Alto

Bajo

Alto

Promedio

Promedio

Bajo

Exactitud en el pesaje Regulación dentro de un rango

Costo

Bajo Alto Promedio

Bajo


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REFERENCIAS 1.

KULWIEC, R. “Materials Handling Handbook”. Wiley – Interscience Publication.New York, 1985.

2.

“Screw Conveyors”. CEMA Book N °: 350. Conveyor Equipment Manufacturers Association. Second Edition. Washington,D.C.. 1980.

APENDICE

2nd

Edition.


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