ELECTIVA DE MAQUINAS DE ELEVACIN Y TRANSPORTE
LUIS BARRIOS CELIN EDSON ALBERTO BLANCO BRAVO ARIEL JOSE MORENO
HERRERA CINDY VALERA RODRGUEZ
PROFESOR: Ing. MILTON COBA SALCEDO
FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA DE INGENIERA MECNICA BARRANQUILLA
- COLOMBIA MAYO 2011
DEFINICINEste tornillo es el encargado de realizar el transporte
de las materias slidas que son depositadas en la criba, este
tornillo puede adoptar diferentes formas dependiendo de una serie
de factores. Teniendo en cuenta una serie de variantes como son el
dimetro, paso, material, dimetro variable, tipo de traccin, etc
El sinfn ser definido en funcin de las caractersticas de
trabajo, como pueden ser el caudal, cantidad de solid a
transportar, velocidad de transporte, inclinacin del equipo,
agresividad del material a transportar, dimensiones del canal,
etc.
Estos equipos van equipados con un sistema de limpieza, el cual
es un cepillo helicoidal que va solidario al sinfn en la zona de
tamizado, realizando una funcin de barrido y limpieza de la malla
al mismo tiempo que gira el sinfn para transportar los slidos.
DESCRIPCIN DEL EQUIPOEste equipo est diseado para realizar el
transporte de material mediante una espiral basado en el principio
de Arqumedes. Tienen la posibilidad de trabajar en diferentes
ngulos, siempre y cuando sea adaptado para tal fin.
Diseados para transportar cualquier tipo de material bien
residuos orgnicos en el tratamiento de aguas, transporte de slidos
en infinidad de industrias y aplicaciones de toda ndole, son
equipos los cuales se disean segn necesidades: tipo material a
transportar, inclinacin, caudal a transportar, velocidad de
translacin de los materiales, etc.
DISPOSICIN DEL EQUIPO
DOBLE UTILIZACION DEL TORNILLO PARA TRITURADO Y MEZCLADO DE
MATERIALES.
CARACTERSTICAS Y CLASIFICACINSegn el uso que le queramos dar
estos se fabricaran de diferentes formas y materiales, cambiando su
geometra, tanto estructural como la espiral. Tienen infinidad de
combinaciones con lo que le da la capacidad de adaptarse a
cualquier tipo de proceso, pudiendo combinar la posicin de la tolva
de carga, boca de salida, grupo de accionamiento, posicin de
trabajo etc.
CARACTERSTICAS TCNICASLongitud: Puede ser cualquiera a solicitud
del cliente. El sinfn consta de un motoreductor directo con rbol,
Ensamblado con bridas, con posibilidades y montaje tanto En zona de
cargo como en zona de descarga.
Potencias de motores desde 1.1 hasta 15 Kw que pueden adoptar
distintas relaciones de reduccin 1:5, 1:20 Dependiendo de las
exigencias del cliente. Pueden ser utilizadas como alternativas de
la serie Tubular para la extraccin, Los tornillos son concebidos
para un servicio pesado y extrapesado. Estn construidos en acero al
carbono con apropiados tratamientos superficiales.
Los tornillos son utilizados sea en continuo que discontinuo en
los sectores de aplicaciones en donde la durabilidad de los
componentes del tornillo y su fcil sustitucin de las piezas de
recambio son la exigencia principal.
TIPOS DE SENSORES UTILIZADOS
DISEO Y CONSTRUCCION DE UN MEZCLADOR DE TORNILLO SINFN PARA
MORTERO SECO.PALABRAS CLAVES: Transportador sinfn, mezclador, cdigo
CEMA.
CEMA, Conveyor Equipment Manufacturers Association. Asociacin de
diseadores y fabricantes Americanos de equipos de transporte y
accesorios.
Mortero Seco. Los morteros secos son mezclas ponderadas de sus
componentes primarios (cemento, arena y aditivos) en proporciones
adecuadas preparadas en fbrica. Se suministran en silos y se amasan
en obra, con el agua precisa, hasta obtener una mezcla homognea
para su utilizacin. Es el material de construccin ms extendido
dentro del campo de la construccin y edificacin y se confecciona
predosificando todos los ingredientes a excepcin del agua de
amasado, que se adiciona en el momento de su utilizacin en
obra.
DESARROLLO DEL PROYECTO Valoraciones de Diseo. Si bien cada
equipo tiene caractersticas propias, se plantean las siguientes
consideraciones mnimas de las cuales parte el diseo del mezclador
presentado a continuacin: - Versatilidad para la aplicacin en
cualquier sistema de produccin industrial. - Dimensionalmente, debe
ser menor comparado con otros equipos industriales que se utilizan
en el medio de mezcla industrial y afines. - La tcnica de mezcla
debe ser continua eliminando tiempos muertos dentro del proceso. -
El sistema se requiere que sea hermtico para evitar contaminacin
del medio con el material que se esta tratando. - La cantidad de
elementos rodantes debe ser la menor posible. - Debe ser de fcil
mantenimiento. - Su proceso de fabricacin debe ser de carcter
nacional sin restricciones de accesorios por tiempos de importacin.
- Tiempo de permanencia del material en el proceso de mezcla debe
ser de 10 segundos. - Su consumo de combustible lo mas ahorrativo
posible. - Se requiere que sus niveles de contaminacin ambiental
concernientes a la emanacin de CO2 sean los ms bajos posibles. - La
capacidad mnima de mezcla debe ser de 20 Ton/h
CAPACIDAD DE DISEO O EQUIVALENTE.Se asume que el material a
mezclar y transportar es arena con humedad del 0%, y cemento, en
una proporcin de 80 20 respectivamente, con regmenes de temperatura
inferiores a los 30C.
la capacidad requerida se ve influenciada por agentes externos o
componentes del mismo transportador. Se debe tener en cuenta
factores adicionales que establecen la capacidad a la cual se debe
disear el transportador.
FACTOR ESPECIAL DE CAPACIDAD POR EL TIPO DE PASO (CF1).Debido a
las variables, constantes y en especial al tiempo de permanencia
del material dentro del equipo, y tambin para efectos de disminucin
de longitud, se usa un paso igual al dimetro de la hlice. Siguiendo
la Figura 1, Tabla 1-3 del cdigo CEMA [2], se encuentra que CF1 =
1.0
FACTOR ESPECIAL DE CAPACIDAD POR TIPO DE HLICE (CF2)Dependiendo
el entorno tecnolgico con que cuente el lugar donde se va a
fabricar: la espiral seccional se construye por medio de discos
unidos por soldadura hasta completar la longitud deseada, la
espiral helicoidal se construye con la ayuda de una mquina que la
fabrica con un solo tramo de chapa, y se denomina helicoidal porque
la punta de la aleta es cnica.
no existe ninguna restriccin de carga por parte de la carta de
materiales consultada en la Tabla 1-2 Cdigo CEMA, se opt por dejar
este valor pues si se realiza una extrapolacin CF2 = 2.13, que es
un valor de ajuste menos conservador que el seleccionado en la
Figura 2
FACTOR ESPECIAL DE CAPACIDAD POR PALETAS MEZCLADORAS (CF3).Como
la hlice a utilizar est compuesta por paletas a lo largo del equipo
con una inclinacin de 45, con cuatro de estas por paso, se tiene
que CF3 = 1.32, valor determinado de la Tabla 1-5.
CAPACIDAD EQUIVALENTE
DIAMETRO Y VELOCIDADPara el clculo de la capacidad volumtrica
por r.p.m, se utilizaron las siguientes ecuaciones:
LIMITACIONES DE TAMAO DEL TRANSPORTADOR EN FUNCIN DE LA
GRANULOMETRA. Las dimensiones del equipo no dependen solo de la
capacidad, porcentaje de llenado o velocidad de giro; tambin
dependen de la proporcin de terrones existentes en el material a
transportar y de la dureza de estos. Se debe establecer el tamao
mximo permisible para la hlice dependiendo del porcentaje de
aglomeracin de terrones y el dimetro de la hlice. (Tabla 7-1 del
cdigo) CLCULO DE POTENCIA. se debe a la sumatoria de la potencia
necesaria para mover la espiral venciendo agentes externos como la
friccin, mas la potencia necesaria para mover el material, adems de
un ajuste que se realiza en funcin del factor de carga y eficiencia
dependiente del tipo de transmisin que se emplee.
Donde: HPf es la potencia para mover el transportador desocupado
en hp, HPm es la potencia para mover el material en hp, L es la
longitud a transportar en pies, N es la velocidad angular en rpm,
Fd es el factor segn el dimetro del equipo, ver Figura 4, Fb es el
factor del tipo de rodamiento utilizado en el soporte intermedio,
ver Figura 5, C es la capacidad en ft3/h, W es la densidad del
mortero seco en lb/ft3, Ff es el factor debido al porcentaje de
carga, ver Figura 6, Fm es el factor de material, Fp es el factor
por el nmero de paletas por paso, Fo es el factor de sobrecarga y e
es el factor de eficiencia. Fm, est determinado por el tipo de
material que se desea transportar, se encuentra en la Tabla 1-2 del
cdigo.
El factor de sobrecarga (Fo) posee un condicional en el cual, si
HPf + HPm > 5.2, Fo =1, de lo contrario se debe usar la Figura
8.
El sistema de acople a utilizar es un acople directo entre la
caja reductora y el eje de la hlice, este acople directo se hace
por medio del eje hueco de la caja reductora, y la transmisin de
potencia por cua. En ese orden de ideas, se entiende el sistema
como si estuviera utilizando un acople de cadena, como lo seala la
Figura 9, siendo esta configuracin la mejor frente a otras
posibles. Por esto se asume eficiencia e = 0.95 La eficiencia es
uno de los factores ms importantes a tener en cuenta por su
incidencia en el costo de los equipos.
Teniendo todos los valores identificados se procede al clculo de
las potencias.
LMITE DE RESISTENCIA A LA TORSIN. El torque est en funcin de la
potencia y la velocidad con la que gira la hlice.
Luego de hallar el torque, se compara con el mximo torque que
puede llegar a soportar la flecha que se seleccion inicialmente
para el equipo, para luego escoger la cantidad de tornillos y el
grado a utilizar, Figura 10.
DEFLEXIN Y DILATACIN TRMICA la limitante que genera la presencia
de deflexiones en la hlice de un transportador a sinfn, siendo esta
la principal causa por la que se implementan los soportes
intermedios en estos equipos. Para este caso en especial, no existe
ninguna complicacin ya que la longitud se encuentra dentro del
rango permisible. Pese a ello, de todas maneras, se debe calcular
siguiendo la expresin del Cdigo CEMA:
donde, D es la deflexin en pulgadas, W es el peso total de la
hlice en lb, L es la longitud del transportado en pulgadas e I es
el momento de inercia de la flecha en pulgadas de cuarto orden. El
momento de inercia de la flecha vara en funcin de su dimetro y
espesor de pared; este valor se puede determinar chequeando la
Figura 11, tabla 1-20 o 1-21 del Cdigo CEMA.
Otro aspecto importante para tener en cuenta es la dilatacin
trmica del material
L es la longitud del transportador en pulgadas, T1 es la
temperatura mayor en F, T2 es la temperatura menor en F y C es el
coeficiente de expansin lineal en 1/F.
Este coeficiente depende del tipo de material con el que se
fabrique la hlice, en este caso C = 0.000065 1/F para aceros
rolados en caliente con temperaturas de trabajo entre 20 80 C,
equivalentes a la temperatura a la cual entran y salen los
materiales del mezclador. La dilatacin mxima esperada es L=
0.08in
El tornillo sinfn es el elemento ms crtico dentro del equipo,
debido a esto la verificacin del diseo se centra en este elemento.
El tornillo sinfn se encuentra cargado como se muestra en la Figura
12, donde se asume las cargas radiales en z de valor despreciable y
las cargas axiales usadas para mezclar y desplazar el mortero seco
son trasladadas a los rodamientos del eje.
La verificacin de los esfuerzos de fatiga sobre el tornillo
sinfn por aproximacin de Goodman se puede lograr en la Figura 13,
donde en azul (G) est la lnea de Goodman, en rojo (Y) la lnea del
esfuerzo de fluencia, en verde (S) el esfuerzo del cuerpo y en
rosado (C) el esfuerzo alternante [4, 5].
La verificacin de la deflexin de las paletas del tornillo sinfin
se analiza por elementos finitos mediante en CosmosWorks 2007; sus
resultados se aprecian en la Figura 14. Obviamente, el valor ms
crtico de la deflexin se encontr en el borde externo de la paleta,
y fue de 0,0876 mm de su posicin inicial, que es un valor
aceptable.
En el siguiente paso se realiz un ensamble virtual para
comprobar el tamao de cada una de las partes, as como la cantidad
de elementos de sujecin, posicin del reductor, tamao y cantidad de
rodamientos entre otros, ver figura 15.
Finalmente se procedi a la construccin del prototipo. En la
figura 16 se puede apreciar el tornillo sinfn de paletas y en la
figura 17 la transmisin del reductor con acople directo al eje del
tornillo sinfn, el cual se encuentra en el costado de la salida de
la mezcla.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESPara el diseo de sistemas de
transporte con mezcla debe tenerse en cuenta que el tornillo
transportador a sinfn es el candidato idneo para suplir las
necesidades de transporte, pero en la metodologa de mezclado, el ms
apto es el sistema de paletas. Por lo cual, se realiz una fusin
entre estos dos sistemas obtenindose un mezclador de aletas con
caractersticas de transportador a sinfn.
Las instalaciones usadas para la produccin de mortero seco
demanda altos costos de mantenimiento, mano de obra, utilizacin de
equipos auxiliares, espacios muy grandes y porcentajes de
desperdicio considerables. En ltima instancia todos estos costos
los asume en su totalidad el consumidor final, de all la
importancia de haber logrado un diseo de mezclador y transportador
de tornillo sinfn con alta eficiencia operativa y de bajas
dimensiones comparado con otros equipos en el mercado.Las pruebas
con el prototipo demuestran un comportamiento de acuerdo a las
consideraciones de diseo preestablecidas, confirmando el diseo
realizado bajo el cdigo CEMA y la verificacin resistiva realizada
por medio de elementos finitos.