HISTORIA
El transporte de material mediante cintas
transportadoras,
data
de
aproximadamente el año 1795. La mayoría de
ésta és tas s
temp te mpra rana nas s
inst in stal alac acio ione nes s
se
realizaban sobre terrenos relativamente plano, así como en cortas distancias. El
primer
sistema
tran tr ans spo port rtad ado ora
era er a
de
muy mu y
cinta
pri rimi mit tiv ivo o
y
consistía en leather, canvas, or rubber belt traveling over a flat or troughed wooden bed. Éste tipo de sistema no fue califi cal ificad cado o
como com o
incentivar
a
considerar
exitos exi toso, o, los
pero per o
provoc pro vocó ó
ingenieros
para
los transportadores transportadores como un
rápido, económico
y seguro método para
mover grandes volúmenes
de material de
una locación a otra. Durante los años ’20, la instalación de la compañía H. C. Frick, demuestra que los transportadores de cinta pueden trabaj tra bajar ar sin nin ningún gún pro proble blema ma en lar largas gas dis distan tancia cias. s. Ést Ésta a inst in sta ala laci ción ón
se
recorr rec orrien iendo do
casi cas i
rea eal liz izó ó 8
bajo ba jo
tie ti err rra, a,
kilóme kil ómetro tros. s.
cons co nsis istí tía a de mú múlt ltip iple les s
La
des de sde
cinta cin ta
una un a
mina mi na
transp tra nsport ortado adora ra
plie pl iegu gues es de al algo godó dón n
de pa pato to co con n
cubierta de goma natural, que eran los únicos materiales utilizados en esos tiempos para su fabricación. Although outmoded by today's standards, los sistemas de manejo de éstos ést os
materi mat eriale ales s
trab tr aba ajo
pes pe sad ado, o,
son lo
selecc sel eccion ionado ados s cua ual l
perm pe rmit ite e
de
prefer pre ferenc encia ia
real re aliz iza ar
una
para par a mej ejor or
elección. Dura Du ran nte
la
Segu Se gund nda a
Gue uerr rra a
Mund Mu ndia ial l,
los lo s
comp co mpon one ent ntes es
naturales de los transportadores se volvieron muy escasos,
permitiendo que la industria de goma se volcara a crear materiales sintéticos que reemplazaran a los naturales. La ventaja básica de los transportadores de cinta sobre otros tipo ti pos s
de
tra tr ans nspo port rte e
(com (c omo o
lo
son so n
cami ca mio one nes, s,
tre tr ene nes, s,
transporte aéreo, etc.) es su variada aplicabilidad a los dife di fere rent ntes es
requ re quer erim imie ient ntos os
de
la
indu in dust stri ria. a.
Dife Di fere rent ntes es
estudios indican que hoy, los transportadores de cinta se han ha n
conv co nver erti tido do
en
el
prim pr imer er
méto mé todo do
util ut iliz izad ado o
para pa ra
el
Las
cintas cin tas
transp tra nsport ortado adoras ras
no
transporte de material.
CAPACIDAD
tienen competencia en cuanto a capacidad de transporte. A una velocidad de 5 m/s, y un ancho de cinta de 1600mm, ésta puede descargar más de 100 toneladas métricas mat ater eria ial l,
por est sto o
minuto quie qu iere re
1000Kg/m3 de material.
de dec ecir ir
ADAPTACIÓN A LOS DIFERENTES TERRENOS
Los transportadores pueden seguir
la
ordinaria
naturaleza
del
terreno,
debido a la habilidad que poseen
para
pasos
atravesar
relativamente
inclinados
(pendientes
y
gradientes, de hasta 18º, dependiendo
del
material
transportado).
Con
desarrollo
tensiones
de
el
elevadas, materiales sintéticos y/o miembros reforzados de acero,
un
tramo
del
transportador
puede
extenderse
por
millas de terreno con curvas horizontales y verticales sin ningún problema.
UNA CAMA DE CAMINO
El
sistema
de
transportadores
de
cintas opera en su propia cama de rodillos, los cuales requieren un mínimo de atención. Su reparación o reemplazo, es simple y fácil, y el costo de su mantención rutinaria es mínimo.
BAJO PESO DE LA ESTRUCTURA DEL TRANSPORTADOR
El bajo peso de carga y de la estructura del transportador por
metro
simple
lineal se consigue con
que
pendientes
permita muy
atravesar
pronunciadas.
un diseño estructural
terrenos La
escabrosos
estructura
o del
transportador requiere una pequeña excavación, permitiendo el afianzamiento a tierra de ésta, de la forma que se estime como la más conveniente. Debido a que la estructura es compacta, requiere un mínimo de protección.
MULTIPLES COMPUERTAS Y PUNTOS DE DESCARGA
Estas
características
son
importantes en la minería o en excavaciones, en donde dos o más operaciones dirigirse
de a
cavado
un
pueden
mismo
punto
central de carga. En el final de la descarga, el material puede ser
disperso
direcciones principal. puede
en
desde El
ser
diversas la
material
línea también
descargado
en
cualquier punto a lo largo del transportador mediante la maquinaria complementaria para éste efecto.
EXTENSIÓN Y MOVILIDAD Las líneas modulares de los transportadoras de cintas, pueden ser extendidos, acortados o reubicados con un mínimo de trabajo tiempo.
y
CONTROL
El
diseño
propio
de
los
sistemas de transportadores, ha
requerido
control
a
accionamiento diferentes
reducir
el
botones
de
en
los
tramos
del
transportador, y que además pueden ser controlados desde estaciones
permanentes
de
control.
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE CINTAS.
INTRODUCCIÓN Muchos
ingenieros
transportadores
de
y
cinta,
diferentes están
usuarios
familiarizados
de con
los la
teoría y los fundamentos de la transmisión por correa. Un análisis de los aspectos generales de los transportadores de cintas, permite determinar que la transmisión por correa provee de una base para el diseño de los transportadores de cintas y elevadores de cintas. En ambos transportadores la transmisión por correa, es transmitida por fricción entre la
cinta
Ciertamente
y
los otros
tambores
o
elementos
poleas del
de
diseño,
accionamiento. que
también
colaboran con el sistema de transmisión, son determinantes tanto en la potencia de la transmisión como en la cantidad de material transportado. La similitud entre ambos casos permite analizar y discutir si los fundamentos
del diseño
de cintas están restringidos específicamente tanto a los transportadores como elevadores. DEFINICIONES
Tensión en una correa es una fuerza actuando a lo largo de la cinta, tendiendo a elongarla. La tensión de la correa
es
medida
en
Newtons.
Cuando
una
tensión
es
referida a una única sección de la cinta, es conocida como una tensión unitaria y es medida en Kilonewtons por metro (kN/m).
Torque
es
el
resultado
de
una
fuerza
que
produce
rotación alrededor de un eje. El torque es el producto de una fuerza (o tensión) y de la extensión del brazo que se esté utilizando y es expresado en Newton por metro (N*m).
Energía y trabajo están relacionados muy cercanamente debido a que ambos son expresados en la misma unidad. El trabajo es el producto de una fuerza y la distancia a recorrer.
La
energía
es
la capacidad
de
ejecutar
un
trabajo. Cada uno es expresado en Joules, en el que un Joule
equivale
a
un
Newton-metro.
La
energía
de
un
cuerpo en movimiento es medida en Joules.
La potencia es la relación entre la realización de un trabajo o transmisión de energía. La unidad mecánica de
potencia es el watt, que es definido como un Newtonmetro por segundo. La potencia empleada en un periodo de tiempo produce trabajo, permitiendo su medición en kilowatt-hora.
CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO
a) TENSIÓN. Una cinta transportadora es simplemente un medio para llegar a un fin, un medio para el transporte de material desde un comienzo A, hasta un punto final B. Para efectuar el trabajo de mover material desde A hasta B, la correa requiere potencia que es proporcionada por un tambor motriz o una polea de conducción. motor
transforma
tensión
efectiva,
en
fuerza a
la
tangencial,
superficie
de
El torque del llamada la
también
polea
de
conducción. Éste es el “tirón” o tensión requerida por la correa para mover el material de A a B, y es la suma de lo siguiente:
La tensión debe vencer la fricción de la correa y de los componentes en contacto con ella.
La tensión debe vencer la fricción de la carga, y La tensión debe aumentar o disminuir debido a los cambios de elevación.
b) FLEXIBILIDAD. Las
figuras
diseñada
a
y
b,
ilustran
que
la
correa
debe
ser
con una suficiente flexibilidad transversal en la
zona de carga propiamente tal. Para una cinta transportadora vacía, la cinta debe hacer suficiente contacto con el centro de los rollos de los polines o no funcionará correctamente. En la figura a, la correa es demasiado tiesa para hacer contacto con el centro de los rollos y,
por esto, se aumentan las posibilidades
de causar daño considerable a los bordes de la cinta. En la figura b, el contacto es suficiente como para guiar la cinta a lo largo de los polines. Cuando el diseño de la cinta indica restricciones de carga, éstos deben ser respetados y
chequeados, mediante sistemas
que que eviten la sobrecarga, como lo sería una carcaza protectora. valores
Para
cada
referenciales
material
a
establecidos
métodos para el cálculo de éstos.
transportar, de
carga,
existen
así
como
Figure a) Cinta tiesa, trabajo inapropiado.
Figure b) Cinta flexible, trabajo apropiado.
c) OTRAS CONSIDERACIONES. La
mayoría
de
los
transportadores
son
relativamente
simples en diseño y bajos en tensión. Sin embargo, como los transportadores complejos y
han
pasado
a
ser
más
extensos,
más
han aumentado su tensión, la investigación se
torna primordial para poder obtener ventajas industriales, y
ésta
generalmente
se
realiza
en
uno
o
más
siguientes puntos: 1. Aceleración y roturas, problemas de tensión. 2. Costo en tiempo y distancia. 3. Curvas verticales y terrenos irregulares. 4. Trough to flat transition distances. 5. Cambios de longitud. 6. Problemas en las dos poleas conductoras.
de
los
7. Múltiples perfiles de los transportadores. 8. Graduar el espacio entre polines.
DEFINICIÓN
Y
CLASIFICACIÓN
DE
LOS
ELEMENTOS
DE
CINTAS
TRANSPORTADORAS. Transportador es un elemento o maquinaria de carácter preferentemente productos
o
electromecánico,
materias
primas
destinado
entre
dos
a
o
trasladar
más
puntos,
alejados entre sí, ubicados generalmente, dentro de una misma planta elaboradora.
Uso de los transportadores.
Los principales usos de los transportadores se dan mayormente
en
la
minería,
construcción,
industria
alimenticia, industria motriz entre otros.
Tipos de transportadores.
Existen variados tipos de transportadores, y una variación de los mismos, pero los principales que podemos nombrar son:
•
Cinta transportadora.
•
Elevador de capachos.
•
Tornillo helicoidal.
Figura
esquemática
transportadora.
de
los
componentes
de
una
cinta
Componentes de una cinta transportadora
Definición
de
componentes
pertenecientes
a
las
cintas
transportadoras: a) Estructura soportante: la estructura soportante de una cinta
transportadora
tubulares
o
está
angulares,
compuesta
formando
en
por
perfiles
algunos
casos
verdaderos puentes que se fijan a su vez, en soportes o torres estructurales apernadas o soldadas en una base sólida. b)
Elementos
deslizantes:
son
los
elementos
sobre
los
cuales se apoya la carga, ya sea en forma directa o indirecta, perteneciendo a estos los siguientes;
•
Correa o banda: la correa o banda propiamente tal, que le da el nombre a éstos equipos, tendrá una gran variedad de características, y su elección dependerá
en gran parte del material a transportar, velocidad, esfuerzo o tensión a la que sea sometida, capacidad de carga a transportar, etc.
Polines: generalmente los transportadores que poseen
•
éstos elementos incorporados a su estructura básica de funcionamiento, son del tipo inerte, la carga se desliza sobre ellos mediante un impulso ajeno a los polines y a ella misma.
c) Elementos motrices: el elemento motriz de mayor uso en los transportadores es el del tipo eléctrico, variando sus características según la exigencia a la cual sea sometido. Además del motor, las poleas, los engranajes, el
motorreductor,
son
otros
de
los
elementos
que
componen el sistema motriz. c)
Elementos
tensores:
es
el
elemento
que
permitirá
mantener la tensión en la correa o banda, asegurando el buen funcionamiento del sistema. d)
Tambor motriz y de retorno: la función de los tambores es funcionar como poleas, las que se ubicaran en el comienzo
y
fin
de
la
cinta
transportadora,
para
su
selección se tomarán en cuenta factores como: potencia, velocidad, ancho de banda, entre otros.
CÁLCULOS GENERALES DE UNA CINTA TRANSPORTADORA.
1. CUBICACIÓN DEL MATERIAL.
2. CÁLCULO DE LA HOLGURA DE LA BANDA. La holgura de la banda se ubica en los costados de la banda (en figura aparece como D), ésta permite tener un margen de espacio utilizado para impedir que el material a transportar rebalse.
D = 0,055xB + 0,9pulg. Siendo:
D = holgura de la banda (plg.)
= ancho de la banda (plg.)
3. CÁLCULO DEL ANCHO PLANO DE LA BANDA (material). El ancho plano de la banda es donde se ubicará el material al ser transportado.
Siendo:
= ancho de la banda (plg.)
4. CÁLCULO DEL ÁREA DEL MATERIAL A TRANSPORTAR.
Siendo:
= área del material (m2) = altura del material (m) = base del material (m)
5. CÁLCULO DE LA CINTA COMPLETAMENTE CARGADA.
Siendo:
= cinta completamente cargada (m3) = largo de la cinta (m) = área del material (m2)
6. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD NECESARIA. Para el cálculo de la velocidad necesaria, deberemos tener el dato de la capacidad volumétrica de nuestra cinta transportadora. Dato que por lo demás siempre es conocido ya que es la cantidad de material a descargar por hora.
Primero calcularemos la velocidad en número de veces que la cinta deba ser llenada o cargada.
Siendo:
= número de veces que la cinta debe ser cargada por hora. = capacidad (m3) = volumen total (m3)
Ahora se calculará la velocidad en m/h.
Siendo: = velocidad (m/h) = número de veces que la cinta debe ser cargada por hora. = largo de la cinta (m) Para efectos de cálculo la velocidad deberá ser trabajada en m/s, por lo tanto se realizará la conversión necesaria.
7. CÁLCULO DEL PESO A TRANSPORTAR. El cálculo del peso a transportar nos permitirá obtener la capacidad que deberá transportar nuestra cinta en toneladas/hora.
Siendo: = peso a transportar (ton/h) = peso específico material (Kg/m3)
= capacidad volumétrica cinta por hora (m3/h) = coeficiente corrección de concavidad y sobrecarga. = coeficiente corrección de inclinación. Para el coeficiente Z1, es posible obtener su valor mediante el conocimiento del ángulo de sobrecarga dinámica del material a transportar. En cuanto al coeficiente Z2, su nombre claramente lo indica siendo éste, el valor angular de inclinación de la cinta transportadora. Ambos valores Z1 y Z2, pueden ser extraídos del texto “PIRELLI,
manual
para
la
construcción
de
cintas
transportadoras”.
8. DEFINICIÓN Y SELECCIÓN DE POLINES.
a) Polines de carga: el polín de carga de mayor utilización es el de tres rodillos de un mismo largo, con una inclinación de rodillos usualmente de 20º, 35º, o 45º. Al mismo tiempo, los polines de 20º son los más utilizados en la mayoría de los casos, con los polines de 35º y 45º, usualmente
son
utilizados
sólo
con
granos
y
materiales
livianos. Sin embargo, más recientemente los polines de ángulos mayores, especialmente los de 35º, están siendo utilizados con mayor frecuencia en diferentes aplicaciones dentro de las industrias. Las dos principales razones para el uso de los polines de ángulos mayores (35º y 45º) son
para obtener control
una mayor
sobre
el
capacidad de transporte y
derrame
de
material,
mayor
especialmente
en
inclinaciones. Generalmente en la construcción de cintas transportadoras
se
selecciona
el
polin
de
menor
ángulo
debido a que se proporciona mayor manejo sobre el material con un mínimo control de derrame de éste. La siguiente figura muestra un polin de carga estándar, que permite la selección de éste conociendo sus dimensiones, sin duda alguna la selección del polín deseado se podrá realizar con cualquier catálogo de polines que entregue los datos técnicos necesarios para ello.
MODELO
A B ANCHO CORREA
DIÁMETRO RODILLO
C
D
G
H
PESO (KG)
b) Polines de impacto: los polines de impacto se encuentran en variados modelos, y su diseño está adaptado para el impacto que se produce en la recepción del material, su
ángulo de inclinación será el mismo del polin de carga, permitiendo una uniformidad en el transporte. La siguiente figura muestra al igual que la anterior los datos técnicos necesarios para la selección del polin de impacto.
MODELO DIÁMETRO RODILLO
A B
C
F
G
H
PESO (KG)
ANCHO CORREA
c) Polines de retorno: los
polines
de
retorno
como
su
nombre lo indica, permiten el retorno de la banda mediante el apoyo de ésta. La
siguiente
figura
muestra
al
igual
que
las
anteriores los datos técnicos necesarios para la selección del polin de retorno.
MODELO DIÁMETRO RODILLO
A C
D
G
PESO (KG)
ANCHO CORREA
9. CÁLCULO DE LA DISTANCIA ENTRE POLINES. Para la determinación de la distancia entre polines, se utilizará
la
siguiente
tabla
la cual
nos
entrega
espacio recomendado entre polines de:
ESPACIO SUGERIDO DE RODILLOS DE CARGA Y DE RETORNO
BANDA PLG.
RODILLOS DE
PESO DEL MATERIAL EN LB/PIE 3
ANCHO DE 35
50
75
100
125
150
RETORNO
el
14 18 24 30 36 42 48 54 60 72
51/2 51/2 5 5 5 41/2 41/2 41/2 4 4
5 5
5 5
41/2 41/2 41/2 41/2 4 4 4 31/2
41/2 41/2 4 4 4 31/2 31/2 31/2
5 5 4 4 4
41/2 41/2 4 4 31/2 31/2 31/2 3 3 3
31/2 31/2 31/2 3 3
41/2 41/2 4 4 31/2 3 3 3 3 21/2
10 10 10 10 10 10 a 10 a 10 a 10 a 10
9 9 9 9
FUENTE: EUZKADI
Cabe destacar que la distancia sugerida entre rodillos puede variar dependiendo del criterio del diseñador.
10.
DETERMINACIÓN DE LA ALTURA A TRANSPORTAR EL MATERIAL. Para la determinación de la altura, dato necesario
para
el
cálculo
de
la
potencia
motriz,
sólo
deberemos
aplicar trigonometría básica, siendo el resultado de ésta el valor a utilizar. Para inclinación
aquellos de
0º
casos o
en
que
inferior,
la
éste
cinta valor
tenga
una
deberá
ser
omitido.
11.
CÁLCULO DE LA POTENCIA EN EL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo: = potencia tambor motriz. (Kw)
= factor en función del largo de cinta. = factor de rozamiento. L= largo de la cinta.(m) = peso de la banda.(Kg/m) = peso de los polines de carga.(Kg/m) = peso de los polines de retorno.(Kg/m) = peso da transportar.(Tons/h) = velocidad.(m/s) = altura a transportar el material.(m) = recargo.(Kw)
Los factores C4 y “TRANSILON,
bandas
pueden ser extraídos del catálogo transportadoras
y
para
procesamientos”. 12.
CÁLCULO DE LA POTENCIA MOTRIZ NECESARIA.
Siendo:
= potencia motriz necesaria. (Kw) = potencia tambor motriz. (Kw) = rendimiento (89% = 0.89). Con el cálculo de la potencia motriz necesaria podemos realizar la selección de nuestro motor mediante catálogo. 13. CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA. El cálculo realizado anteriormente, (potencia motriz necesaria), nos permitió realizar la selección del motor que vamos a utilizar, éste motor nos entregará una potencia diferente a la obtenida por cálculo (generalmente mayor),
por esto se debemos calcular la potencia efectiva de éste motor dada por la siguiente fórmula.
Siendo:
= potencia efectiva. (Kw) = potencia entregada por el motor. (Kw) = rendimiento (89% = 0.89).
14.
CÁLCULO DE LA FUERZA PERIFÉRICA EN EL TAMBOR.
Siendo:
= fuerza periférica en el tambor. (N) = potencia efectiva. (Kw) = velocidad. (m/s) 15.
CÁLCULO DE LA TENSIÓN MÁXIMA EN LA BANDA.
Siendo: = tensión máxima en la banda. (N) = fuerza periférica en el tambor. (N) = factor en función del ángulo de abrazamiento, y tipo de tambor.
Siendo: = factor en función del tipo de correa. = tensión máxima en la banda. (N) = ancho de la banda. (mm)
Para éste cálculo debe cumplirse que Los
factores C1
y
C2
pueden ser extraídos del catálogo
“TRANSILON, bandas transportadoras y para procesamientos”.
16.
17.
DETERMINACIÓN DE LA DISTANCIA DE TRANSICIÓN.
CÁLCULO
ACCIONAMIENTO.
Siendo:
DEL
DIÁMETRO
MÍNIMO
DEL
TAMBOR
DE
= diámetro mínimo del tambor. (mm) = potencia efectiva. (Kw) = velocidad. (m/s) = ángulo de abrazamiento. (º) = ancho de la banda. (mm) el resultado obtenido por cálculo puede ser comparado con los diámetros recomendados en diferentes catálogos de cintas,
que
según
las
especificaciones
antes
obtenidas
permiten una selección con mayor rapidez, lo ideal es que ambos datos
(catálogo y
calculado), se aproximen
en su
valor.
18.
CÁLCULO
DEL
NÚMERO
DE
REVOLUCIONES
DEL
TAMBOR
ACCIONAMIENTO.
Siendo: = revoluciones del tambor de accionamiento. (1/min) = velocidad. (m/s) = diámetro tambor seleccionado. (mm) 19.
CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE REDUCCIÓN.
Siendo:
DE
= relación de reducción. = revoluciones por minuto de entrada. (1/min) =
revoluciones
por
minuto
de
salida. (1/min)
20.
CÁLCULO DEL TORQUE EN EL EJE DEL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo: = torque en el eje del tambor motriz. (Kp*m) = potencia. (HP) = revoluciones por minuto de salida. (rpm)
Con los datos de relación de reducción ( ), y torque en el eje del tambor motriz (
), podemos realizar la
selección
más
del
motorreductor
que
se
acerque
especificaciones calculadas.
21.
CÁLCULO DEL DIÁMETRO DEL EJE DEL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo: = momento de inercia. (cm4)
a
las
= momento torsor. (Kg/cm) = longitud eje. (cm) = ángulo de torsión permisible. (rad) = modulo de elasticidad del acero. (Kg/cm2) Para obtener el diámetro del eje debemos recordar que para el cálculo del momento de inercia podemos utilizar diferentes fórmulas, es así como el diámetro estará dado por la siguiente ecuación:
Por despeje tenemos que el diámetro será igual a:
Siendo: diámetro del eje. (cm) = momento de inercia obtenido en la fórmula anterior. (cm4) 22.
CÁLCULO DE LA SUJECIÓN DEL MOTOR.
mediante despeje tenemos:
Siendo: = momento. (Kp*m)
= potencia. (HP) = revoluciones por minuto de salida. (rpm)