DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE DE TORNILLO SIN FIN PARA TRANSPORTAR ARROZ PARTIDO

PARAMETROS REQUERIDOS

La información técnica necesaria para diseñar y planear adecuadamente la mayoría de las aplicaciones de transportadores de Tronillo Sinfín ha sido completada por la CEMA (Conveyor Equitment Manufacture Association) Asociación Americana de Constructores de Equipos para Manejo de Materiales, a partir de muchos años de experiencia en el diseño y aplicación exitosa, así como de los estándares de la industria.

MATERIAL A TRANSPORTAR

En la actualidad existen una gran variedad de materiales que se transportan con Tornillo Sinfín en las industrias, la CEMA publica anualmente una tabla actualizada de estos materiales manejables con transportador de tornillo Sinfín. Dicha tabla detalla información sobre las características de materiales, para los cuales se han construido materiales satisfactoriamente transportadores de Tronillo Sinfín. Esta información esta encolumnada de la siguiente manera:

1. Descripción del material, nombre común del material considerado.

2. El peso especifico del material, expresado en libras por pie cubico.

3. El código del material, es una codificación especial que hace la CEMA para representar ciertas características de los materiales. Códigos que sirven para el diseño del transportador Sinfín, dependiendo del material a transportar.

4. Tipo de rodamiento intermedio recomendado, cuando se requieran utilizar colgantes a lo largo del trayecto del Sinfín, estos se emplean con rodamientos especiales, los cuales se presentan con un código CEMA que puede ser B, L, S o H.

5. Serie Componente, la serie o grupo de componentes recomendados por el CEMA es un número que se utiliza como referencia para seleccionar tablas estandarizadas, las diferentes partes en que está constituido el transportador Sinfín, y varía de acuerdo con el grado de exigencia del trabajo.

6. Factor de material, que tiene que ver con la resistencia a fluir del material y se lo utiliza para el cálculo de la potencia requerida para mover la carga o material a transportar.

7. Carga de Artesa: es un factor que expresa el porcentaje de llenado adecuado de carga al corte transversal del transportador o el nivel de llenado de la artesa medido desde el fondo. Y que se va a mantener durante la operación a pleno régimen.

8. El peso específico del material puede ser expresado en toneladas por metro cubico en el sistema internacional o en libras en pie cubico en el sistema inglés. En muchos materiales el peso específico es objeto de variaciones debido al tamaño del material, a su grado de humedad, en el caso de los minerales a su formación natural, entre otras. Sin embargo, donde sea posible, el peso específico, para el tamaño y tipo de material involucrado, debería ser exactamente determinado.

Un material al granel puede presentarse como granos, finos, terrones o una combinación de estos. Grano es la mínima parte de un material granular, finos son pequeñas fracciones de grano y terrones son finos y granos compactados en masas amorfas y que por lo general es conveniente disgregar o romper en tránsito a través del transportador Sinfín.

El máximo tamaño de partícula del material es la máxima dimensión que tiene, si una partícula tiene como dimensión mucho mayor que su corte transversal, la dimensión mayor o lo largo definirá el tamaño de la partícula, obteniéndose por pruebas de granulometría efectuadas en laboratorios utilizando cribras, mallas o tamices. Este valor es importante en la selección del diámetro del helicoidal.

Las características de las partículas también se encuentran involucradas. Algunos materiales tienen partículas duras que no pueden romperse en el tránsito a través del transportador. En este caso deben tomarse medidas para manejar partículas. Otros materiales pueden tener partículas relativamente duras, pero degradables en tránsito a través del transportador helicoidal, reduciendo por lo tanto el tamaño de la partícula a manejar. Otros materiales tienen partículas que se rompen fácilmente en un transportador helicoidal y las partículas de estos materiales no imponen limitaciones.

Es importante conocer el porcentaje relativo del volumen conformado por finos y granos.

Clase 1: Una mezcla de partículas y finos donde no más del 10% son partículas que van del tamaño máximo a la mitad del tamaño máximo, y el 90% son partículas menores a un medio del tamaño máximo.

Clase 2: Una mezcla de partículas y finos donde no más del 25% son partículas que van del tamaño máximo a la mitad del tamaño máximo, y el 75% son partículas menores a un medio del tamaño máximo.

Clase 3: Una mezcla de partículas y finos donde no más del 95% son partículas que van del tamaño máximo a la mitad del tamaño máximo, y el 5% son partículas menores a una décima del tamaño máximo.

CAPACIDAD REQUERIDA. Es el gasto volumétrico por unidad de tiempo (caudal) que se necesita transportar desde el punto de carga (entrada) hasta el punto de salida (descarga). La capacidad deberá ser expresada en toneladas por hora y es el valor máximo requerido por el proceso (no el valor promedio). Esta capacidad requerida se emplea en los cálculos de la velocidad y de la potencia.

Cuando se diseña un transportador con una configuración tal que posea varias entradas y salidas, cada entrada y salida puede tener un caudal distinto de material, pero la suma de los caudales de entrada siempre será igual a la suma de los caudales de salida y este mismo valor será la capacidad requerida de material para esa configuración de sin fin.

La capacidad máxima calculada o capacidad equivalente deberá ser mayor que la capacidad requerida pues esta considera factores experimentales de diseño. La capacidad máxima que puede manejar un transportador de Tornillo Sinfín estándar es de 16.400 pies cúbicos por hora.

CONFIGURACION DEL TRANSPORTE. Para el cálculo y diseño del transportador es necesario definir la trayectoria del recorrido del material a transportarse, así como el número de puntos de carga y descarga del mismo. Consideremos las 4 configuraciones básicas de transportadores de tornillo Sinfín con las que podremos resolver la mayoría de los problemas de transporte de material al granel. Estas configuraciones son:

Configuración 1: Sinfín (horizontal), 1 sentido de flujo, 1 entrada (extremo) y 3 salidas

Configuración 2: Sinfín (horizontal), 1 sentido de flujo, 3 entradas y 1 salida (extremo)

Configuración 3: Sinfín (horizontal), 1 sentido de flujo, 1 entrada y 1 salida

Configuración 3: Sinfín (horizontal), 1 sentido de flujo, 1 entrada y 1 salida.

Configuración 4: Sinfín (inclinado), 1 sentido de flujo, 1 entrada y 1 salida. El transporte de un material de un punto geográfico a otro, requiere de cierta información para ser orientado tales como:

El número de ubicación y de los puntos de carga (Máximo 3)

La distancia a la cual el material será transportado (Máximo 400 pies)

El ángulo de inclinado de la línea que une el punto de partida al de llegada del material.

CALCULOS

Para el diseño de los transportadores de tornillos sinfín se deben tener en cuenta ciertos parámetros como son: material a transportar, capacidad requerida, configuración del transportador, paso del sinfín y tipo de acción adicional del sinfín.

1) según la norma CEMA (Asociación americana de Constructores de Equipos para manejo de materiales), conocer las características del material a transportar en cuanto a su tamaño, fluidez, abrasividad y otras características.

2) Se selecciona el tipo de rodamiento intermedio recomendado cuando se requiere utilizar colgantes a lo largo del trayecto del transportador sinfín.

3) CAPACIDAD REQUERIDA

Se calcula la capacidad requerida del sinfín, teniendo en cuenta la solicitada. Para el cual se está manejando un flujo másico de 1 Ton/h (10kg/min), el cual corresponde al arroz partido, dividendo entre la densidad del mismo obtenemos el flujo volumétrico: 1000 Kg/h: 49.34 ft3/h .

4) CONFIGURACION DEL TRANSPORTADOR. Desde la tolva de alimentación hasta los depósitos: sinfín paso estándar, sinfín paso corto, sinfín paso largo.

5) PASO DEL SINFÍN

Se escoge el paso del sinfín, como estándar debido a que se utiliza para todas las aplicaciones comunes de transporte continuo de materiales a granel.

6) Se escoge el tipo de hélice o helicoide. Se obtiene el factor de capacidad CF2.

7) Helicoides para solo transportar; espiras estándar. Como el helicoide de espiras estándar no se encuentra especificado en la tabla se toma el valor de CF2 igual 1.00.

8) Se halla la capacidad real (CS) del material a transportar

Dónde: CF1= Paso del helicoidal.CF2= Tipo del helicoidal.

9) Conociendo la capacidad real del material a transportar y el porcentaje de carga de la artesa, se encuentra el diámetro del sinfín:

10) Una vez obtenida la capacidad real del material, para transportadores de tornillo sinfín con helicoides que tengan espirales de paso estándar, la velocidad puede ser calculada de la siguiente manera:

11) TIPO DE ACCIÓN ADICIONAL DEL SINFÍN

Conociendo el diámetro del sinfín se busca en las Tablas, según sea el grupo de componentes recomendados para el material; de estas tablas se obtienen las características del transportador.

12) LONGITUD TOTAL DEL SINFÍN

Según la configuración del diseño se necesita conocer las dimensiones de los depósitos en donde se va a trasladar el material desde la tolva de alimentación, para así determinar la longitud total del sinfín (Longitud del sinfín Inclinado). Con las dimensiones de los depósitos y la configuración se obtiene la longitud total.

13) CALCULO DE LA POTENCIA DEL SINFIN

Los siguientes factores determinan el requisito de potencia de un transportador de tornillo Sinfín que opera bajo estas condiciones:

CS = Capacidad real en pie3/h.et = Factor de eficiencia de la transmisión.Fb = Factor de rodamiento intermedio.

Fd = Factor de diámetro del Sinfín.Ff = Factor de helicoidal del Sinfín.Fm = Factor de Material.Fo = Factor de sobrecarga.L = Longitud Total del Sinfín (pie).N = Velocidad (rpm).W = Densidad del material (Lb/pie3).HPf = Potencia para operar en vacio (Hp).HPm = Potencia para mover el material en plano horizontal (Hp).HPlift = Potencia para mover el material en plano inclinado (Hp).H = Altura de inclinación (pies).HP = Potencia total (Hp).Los requisitos de potencia Hp son la suma total de la potencia necesaria para superar la fricción (HPf) de los componentes transportadores y potencia requerida para transportar el material (HPm) multiplicado por el factor de sobrecarga de potencia (Fo) y dividido por el factor de eficiencia de la transmisión seleccionada (et): Se halla la potencia para operar

en vacío:

14) Se busca en la Tabla el factor del diámetro del sinfín. Ahora se busca en la Tabla 13 el factor de rodamiento intermedio igual a 1.7. Luego se reemplaza en la ecuación y se obtiene:

15) Ahora se calcula la potencia requerida para transportar el material (HPm):

Ff = 1.00, factor de potencia de acuerdo al tipo de helicoide y el porcentaje de carga del sinfín

16) Se calcula la potencia necesaria para levantar el material hasta la altura de 25.08m o 82,3 pies con una inclinación de 27º, de la siguiente manera:

HPf=12*1.7*4.92*120/1.000.000= 0,015 HP

HPm=(1.0)*(4.92)*(0.6)*(44.95 lb/ft3)*(49.34 ft3)/1.000.000= 0,0066 HP

Ahora se calcula la potencia requerida por el transportador (HP):

El et es igual a 0.88; esto es transmisión de Sinfín o montada en eje con transmisión de banda V. Tabla 17. Reemplazando tenemos que:

17) Por último se calcula el costo y el gasto de energía para un semestre de uso del transporte de tornillo sinfín. Para esto se convierte la potencia de Hp a Kw, así: