Proyecto de Tesis - Presentacion Jhonny Castañeda García

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

PROYECTO DE TESIS DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA INCLINADA MÓVIL PARA EL DESPACHO DE 28 BOLSAS/MIN PARA LA EMPRESA CEMENTOS PACASMAYO S.A.A.

AUTOR: JHONNY LYNDON CASTAÑEDA GARCÍA

ASESOR MG. LIC. JAVIER LEON LESCANO

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:

TRUJILLO-PERÚ 2013

FACUL Escuela de Ingeniería Mecánica

CONTENIDO I. Generalidades 1.1 Título 1.2 Autor 1.3 Tipo de Investigación 1.4 Localidad 1.5 Duración de Proyecto II PLAN DE INVESTIGACIÓN: 2.1 EL PROBLEMA: 2.1.1 Realidad Problemática: 2.1.2 Antecedentes del Problema 2.1.3 Formulación del Problema 2.1.4 Justificación 2.1.4.1 Conveniencia: 2.1.4.2 Impacto social: 2.1.4.3 Implicaciones prácticas: 2.1.4.4 Valor teórico: 2.1.4.5 Unidad metodológica: 2.2 OBJETIVO GENERAL 2.2.1 Objetivos Específicos: 2.3 MARCO REFERENCIAL 2.3.1 Marco Teórico 2.3.1.1 Fajas Transportadoras 2.3.1.1.1 Introducción: Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Castañeda García, Jhonny Lyndon


2.3.1.1.2 Definición y características: 2.3.1.1.3.1 Cabezal motriz (Puede ser de tipo tradicional o con mototambor): 2.3.1.1.3.1.1 Tradicional: 2.3.1.1.3.1.2 Mototambor: 2.3.1.1.3.1.3 Tambor motriz: 2.3.1.1.3.1.4 Contratambores: 2.3.1.1.3.1.5 Tambores de desviación y de inflexión: 2.3.1.1.3.1.6 Rodillos: 2.3.1.1.3.1.7 Estaciones superiores portantes y de retorno: 2.3.1.1.3.1.8 Tensores: 2.3.1.1.3.1.9 Tolvas de carga: 2.3.1.1.3.1.10 Dispositivos de limpieza: 2.3.1.1.3.1.11 Cubierta de las cintas transportadoras: 2.3.1.1.4 Criterios de diseño: 2.3.1.1.4.1 Material a transportar: 2.3.1.1.4.2 Velocidad de la banda: 2.3.1.1.4.3 Ancho de la banda: 2.3.1.1.4.5 Capacidad de transporte volumétrica corregida con factores de inclinaciones y de alimentación: 2.3.1.1.4.6 Configuración de las estaciones, paso y distancias de transición: 2.3.1.1.4.6.1 Configuración: 2.3.1.1.4.6.2 Paso de las estaciones: 2.3.1.1.4.6.3 Distancia de transición Lt: 2.3.1.1.4.7 Esfuerzo tangencial, potencia motriz, resistencias pasivas, peso de la banda, tensiones y controles: 2.3.1.1.4.7.1 Esfuerzo tangencial 2.3.1.1.4.7.2 Potencia motriz: 2.3.1.1.4.7.3 Resistencias pasivas 2.3.1.1.4.7.4 Peso de la banda por metro lineal qb 2.3.1.1.4.7.5 Tensión de la banda 2.3.1.1.4.7.5.1 Tensiones T1 e T2 2.3.1.1.4.7.5.2 Tensión T3 2.3.1.1.4.7.5.3 Tensión T0 Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.3.1.1.4.7.5.4 Tensión Tg y dispositivos de tensado 2.3.1.1.4.7.5.5 Control del correcto dimensionado 2.3.1.1.4.7.5.6 Tensión máxima (Tmax) 2.3.1.1.4.7.5.7 Cargas de trabajo y de rotura de la banda 2.3.1.1.4.8 Motorización de la cinta transportadora y dimensionada de los tambores 2.3.1.1.4.8.1 Tipos de motorización 2.3.1.1.4.8.2 Diámetros de los tambores 2.3.1.1.4.8.3 Dimensionado del eje del tambor motriz 2.3.1.1.4.8.4 Dimensionado de los ejes para tambores de retorno/contra-tambor y desviadores. 2.3.1.4.1.8.5 Limitación de flecha y de rotación para tambor motriz y loco 2.3.1.1.4.9 Rodillos, función y criterios constructivos 2.3.1.1.4.9.1 Elección del diámetro de los rodillos en relación con la velocidad 2.3.1.1.4.9.2 Elección en relación con la carga 2.3.1.1.4.9.3 Determinación de la carga 2.3.1.1.4.10 Alimentación de la cinta transportadora y rodillos de impacto 2.3.1.1.4.10.1 Cálculo de las fuerzas que actúan sobre los rodillos de impacto 2.3.1.1.4.10.2 Carga constante de material fino uniforme. 2.3.1.1.4.10.3 Carga de material en bloques de gran tamaño. 2.3.1.1.4.11 Otros accesorios 2.3.1.1.4.11.1 Dispositivos de limpieza 2.3.1.1.4.11.2 Inversión de la banda 2.3.1.1.4.11.3 Cubierta de la cinta transportadora 2.3.2 Marco Conceptual: 2.3.2.1 PRINCIPALES

PARAMETROS

DE

OPERACIÓN

DE

UNA

FAJA

TRANSPORTADORA 2.3.2.1.1.1 Peso específico a granel. 2.3.2.1.1.2 Tamaño. 2.3.2.1.1.3. Fluidez. 2.3.2.1.1.4 Cohesión. 2.3.2.1.1.5 Abrasividad. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.3.2.1.1.6 Adhesividad. 2.3.2.1.1.7 Temperatura. 2.3.2.1.2 Tensión en una correa. 2.3.2.1.3 Torque 2.3.2.1.4 Energía y trabajo 2.3.2.1.5 La potencia 2.4 HIPÓTESIS 2.5 VARIABLES 2.5.1 Variables Independientes: 2.5.2 Variables Dependientes: 2.6 DISEÑO DE EJECUCIÓN 2.6.1 Metodología 2.6.1.1 Tipo de Estudio 2.6.1.1.2 Nivel de Investigación 2.6.1.2 Diseño de la Investigación 2.6.2 Población y Muestra 2.6.3 Técnicas de Investigación, Recolección y Análisis De Datos. 2.6.3.1 Observación Directa. 2.6.3.2 Entrevistas con el Personal. 2.6.3.3 Encuestas. 2.6.3.4 Descripción. 2.6.3.5 Gráficas. 2.6.3.6 Explicación. 2.6.3.7 Análisis de Criticidad. 2.6.4 Análisis e Interpretación de Resultados 2.6.5 Diseño de contrastación o validación 3 ADMINISTRACIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 3.1 Recursos: Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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3.1.1 Humano: 3.1.2 Materiales 3.2 PRESUPUESTO DEL PROYECTO 3.3 FINANCIAMIENTO DEL PROYECTO 3.4 CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN 4. Referencias Bibliográficas 4.1 Libros: 4.2 Manuales: 4.3. Páginas web.

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II PLAN DE INVESTIGACIÓN: 2.1 EL PROBLEMA: 2.1.1 Realidad Problemática: Cementos Pacasmayo S.A.A. es una empresa productora de cemento de distintas clases, cal, concreto pre-mezclado y ladrillos pero su principal fuente de ingreso económico es la venta del cemento tipo portland en bolsa de 42.5kg y para que esto se produzca los clientes envían sus unidades de transporte las cuales por lo general se componen de un camión tipo tracto el cual remolca una plataforma y sobre estas últimas son despachadas un promedio de 720 bolsas de cemento durante 25 minutos que dura el proceso en las fajas despachadoras de las 04 embolsadoras, lo cual hace una velocidad de despacho de 28.8 bolsas/min por embolsadora que significa a su vez un despacho de 115.2 bolsas/min. de flujo total en ventas. En caso se tengan las 04 embolsadoras trabajando al 100% significa un ingreso en ventas de S/. 1,900.00 por minuto. Pero en algunas oportunidades este despacho ha sido interrumpido por cortes de energía intempestivos o por problemas técnicos en algunas de las embolsadoras y/o fajas de despacho los cuales generan que las ventas se detengan y se generen pérdidas económicas pues tener 01 línea de despacho detenida por el lapso de una (01) hora significaría dejar de vender un aproximado de S/. 28,512.00 y estas paradas no programadas pueden durar entre 02 horas como mínimo y un turno completo si es por una causa técnica. Asimismo se tienen que considerar el costo por estiba detenida, pues en cada despacho se emplean para la estiba un promedio de 03 personas cada una de las cuales tiene un costo por hora de S/. 20.41 lo cual hace una pérdida total de S/. 61.23 por mano de obra detenida.

2.1.2 Antecedentes del Problema 2.1.2.1 Título: “DISEÑO Y MONTAJE DE UNA CINTA TRANSPORTADORA DE SAL EN LA PLANTA DE LA EMPRESA QUIMOALCALI, S.A. UBICADA EN EL PARCELAMIENTO SANTA ISABEL PUERTO SAN JOSÉ”

Autor: González Orozco Elmer David Institución: Universidad de San Carlos de Guatemala Año: 2007 Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Resumen: El presente trabajo de graduación sirve de base para el diseño de una cinta transportadora de sal. Se pretende que la cinta sea montada y/o instalada de acuerdo al diseño lo requiera, en virtud que se han realizado los cálculos para poder determinar cuál es la opción más eficiente en el sistema, para el transporte de materiales. El capítulo uno se desarrollan descripciones generales, antecedente histórico, que involucran a la función, ejecución y funcionamiento de la empresa. En el capítulo dos se realiza la descripción general del proceso, antecedentes y de la materia prima que se utiliza para el desarrollo del producto terminado. El capítulo tres se describen las características de una cinta transportadora, cómo está compuesta y cuál es su respectivo funcionamiento. En el capítulo cuatro se involucra el diseño de una cinta transportadora que por medio de la cual lleva a una elección para la utilización de una cinta específica. En el capítulo cinco se describe el montaje del sistema, tomando en cuenta las diferentes características que se manejaron en el capítulo anterior. El capítulo seis se da una breve descripción de cómo darle seguimiento al montaje de un sistema manejando la seguridad industrial. Conclusiones: 1. Para el diseño de una cinta transportadora se debe de tomar muy en cuenta las características de las piezas del cual se estaría conformando el equipo, de tal manera el acceso que a ellas se tiene, lo que evitaría el retraso de la operación. 2. La información manejada en el transcurso del diseño y montaje de la cinta transportadora, puede ser de gran beneficio para la empresa en la cual se elaboró el presente estudio por las condiciones y características manejadas. 3. Se deben de tener muy claros los factores que involucra el diseño del sistema, que por medio del cual permitiría que el diseño pueda ser accesible. 4. La totalidad de rodillos a utilizar en el proyecto tipo V es de 37, tipo U es de 13, los tensores es de 21 y los rodillos de retorno, incluyendo los tambores motrices, son 6. 5. La capacidad de almacenaje que debe de contener la bodega de material prima es de 5000 Ton. que se requieren almacenar por lo que la operación debe de generarse con un flujo másico de 92 ton/hrs.

6. El equipo de manejo de materiales será seleccionado con base en la capacidad que éste tenga para mover materiales en la forma, cantidad y velocidad deseada al Diseño de una Faja Transportadora 8 Castañeda García, Jhonny Lyndon Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto


menor costo posible.

2.1.2.2 Título: “MEJORAMIENTO DEL ÁREA PRODUCTIVA DE LA EMPRESA DE ALIMENTOS CASINO EXPRESS LTDA.” Autor: Lobos Martín, Octavio Institución: Universidad de Chile Año: 2007 Resumen: Al implementar esta propuesta se logrará un orden en la producción del área Transportado de la empresa Casino Express Ltda. Este orden se verá reflejado en una sinergia entre las áreas de Cocina Maestra, las que actualmente funcionan casi de forma independiente como se describe en la Situación Actual de la Tesis. Los principales cambios se verán reflejados en el orden de entrega entre áreas, una producción más eficiente y eficaz, un mejor manejo de los recursos humanos disponibles en Porcionado y finalmente una mejora en el Producto y Servicio entregado al cliente. El orden en la entrega se produce por la rigidez a implantar en los tiempos de manejo entre áreas, restándole de esta manera la flexibilidad que tienen actualmente. Para poder generar una producción en línea, se requiere que todos los engranajes de Cocina Maestra funcionen de forma cohesionada, en la misma dirección y frecuencia de trabajo. Claramente hoy en día esto no se cumple, destacando el cuello de botella que se genera en Porcionado, a veces por su forma de trabajar y otras por falta de insumos o materias primas provenientes de las otras áreas. La producción al implantar cintas transportadoras y producción en línea mejorará considerablemente, tanto en la forma de reducir los tiempos muertos, como en la velocidad de producción, regulable según se amerite. Este cambio sirve para entrar a competir directamente en el mercado por un porcentaje superior y adecuándose a las necesidades de cada cliente. El área de Porcionado será principalmente la que sufra el cambio más considerable, producto de la instalación de las cintas transportadoras y el cambio en el layout que esto conlleva consigo. Una vez funcionando la línea de producción en Porcionado el trabajo Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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será ordenado y muy poco flexible, dejando casi aislada la posibilidad de errores. Esto significa que las horas de las personas serán mejor aprovechadas, se podrán modificar los horarios de trabajo, reducir el número de horas extra que se trabajan hoy en día, además disponer de recursos que hoy se desaprovechan y son costosos para la empresa. Finalmente al restar flexibilidad al proceso productivo y aumentar los controles visuales se obtendrá un producto de mejor calidad. También se entregará un servicio mejor al reducir los errores de entrega por mal rotulado o los atrasos producto de inexistencia en productos finales terminados. Conclusiones: Las empresas del rubro alimenticio se ven continuamente en la obligación de realizar mejoras continuas en sus procesos, de tal manera de entregar un servicio eficiente que les permita mantener un crecimiento de acorde a las exigencias del mercado. Para ello se generan productos y servicios a medida que satisfagan las necesidades exigentes de los clientes. Debido a que Casino Express Ltda. ha experimentado un importante crecimiento en los últimos años, requiere de mejoras que impacten directamente en sus procesos, adaptándose de esta manera a los nuevos escenarios que presenta el mercado. Así, se ha decidido evaluar y rediseñar su proceso de Cocina Maestra, que corresponde al negocio principal del Sistema Transportado de la empresa. Al analizar la situación actual del proceso de Cocina Maestra, se detectó que la principal deficiencia se encontraba en los tiempos que transcurrían desde la salida de los insumos y materias primas del área de bodega, hasta el despacho al cliente. Estos generaban atrasos cotidianos absorbidos por los clientes, lo que conlleva un mal servicio ofrecido por la empresa y reclamos por parte de sus clientes. Por tal motivo, se planteó la necesidad de rediseñar el proceso mencionado, a fin de disminuir los tiempos involucrados y aumentar la calidad del servicio ofrecido a sus clientes. Al analizar la realidad de la empresa, se estableció que no bastaba con realizar una mejora en particular para asegurar la disminución de los tiempos del proceso, sino que se requería rediseñar varios aspectos para cumplir con los objetivos del proyecto. De esta forma, se planteó un rediseño basado en la utilización de tecnología que sirviese de apoyo al área de Porcionado. La tecnología seleccionada fue la implementación de dos cintas transportadoras, que se hiciese cargo de estandarizar el área más crítica de la Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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producción. Además de la tecnología planteada, se consideró mejoras en el layout de dicha área con el fin de optimizar el trabajo una vez implementado el rediseño. Todos estos aspectos buscan cumplir en conjunto los objetivos planteados anteriormente y que aseguran un mejor funcionamiento de la empresa. También se comprenderá establecer horarios de entrega entre las distintas áreas de Cocina Maestra, con el fin de lograr una coordinación, evitando así los atrasos por espera de insumos o materias primas. Esto también ayudará a acortar los atrasos, ya que el tiempo perdido no es recuperable, siendo este acumulativo para la etapa final, el despacho al cliente. De esta manera con las mejoras propuestas se espera una reducción de tiempo considerable, sobre todo en el área de Porcionado. Al funcionar todo en forma coordinada y con el manejo del Porcionado a través de una de las dos cintas transportadoras, se puede reducir el tiempo de Porcionado en un 53% con respecto al funcionar actual. Eso significa rebajar el trabajo diario actual de 8,3 horas a 4 horas, si se llegase a contratar personal extra para manejar la otra cinta transportadora, el tiempo se reduciría a 2 horas, lo que significa un ahorro de tiempo considerable. Esta reducción de tiempo lleva consigo una posibilidad certera de aumentar la producción diaria de las 10 mil porciones actuales, hasta unas 15 mil o 30 mil porciones con una o dos cintas transportadoras respectivamente. Por lo tanto la implementación del rediseño, aparte de reducir el tiempo de producción y entrega, aminorando los problemas de retrasos, también abren una puerta inmejorable a un aumento de la producción considerable. Al analizar las factibilidad de llevar a cabo el rediseño, es necesario mencionar que aunque las cintas transportadoras no se lleven a cabo, el nuevo reordenamiento del layout y la apertura de la puerta que comunica la Cocina con Porcionado, ayuda a ordenar la forma de trabajar, reduciendo en forma menor el tiempo del traslado de materias primas. Por su parte la estandarización de los tiempos de entrega entre áreas conlleva consigo un orden y una coordinación que ayudan a evitar todos los atrasos encadenados. Estos cambios son de una magnitud menor, lo que conllevan un costo de inversión asociado cercano a 1 millón de pesos. La factibilidad económica de implementar 2 cintas transportadoras es totalmente factible, ya que de las cotizaciones realizadas 2 de las 3 cumplían con el presupuesto destinado a dicha inversión. La implementación de estas cintas conlleva un cargo fijo Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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mensual por consumo de electricidad cercano a los 65 mil pesos por cada una, lo que al compararlo con las 4 horas de trabajo diario que se ahorra, por cada una de las 12 trabajadoras, es insignificante. La inversión de los 7 millones de pesos se puede apalear con la reducción de horas trabajadas o con un aumento de la producción según se de el caso.

2.1.2.3

Título:

“DISEÑO

SEMIAUTOMÁTICA

PARA

DE

UNA

BANDA

LA

FABRICACIÓN

TRANSPORTADORA DE

TANQUES

DE

COMBUSTIBLE DE VEHÍCULOS DE CARGA” Autor: José Armando Castro Medina, Gustavo Yafté Martínez González y Francisco Javier Ravelo Acuña Institución: INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - ESCUELA SUPERIOR DE NGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA - UNIDAD ZACATENCO Año: 2007 Resumen: Para la fabricación de tanques de combustible de aluminio se tiene una línea de proceso formada por diferentes estaciones de trabajo, en estas estaciones los tiempos de trabajo de manufactura del tanque son diferentes, provocando retardos y tiempos muertos en cada una de ellas, el transporte entre cada estación es sobre un riel discontinuo donde el tanque es jalado por el operario y cargado para colocarlo en la siguiente parte del riel, durante esta acción el tiempo de producción se incrementa y el tanque sufre daños físicos producidos por el arrastre a través del riel. Un balance de línea muestra que para incrementar la producción es necesario reducir los tiempos de transporte, reubicar las estaciones y eliminar una estación de trabajo, para esto se diseñó una banda transportadora semiautomática para el proceso de fabricación de tanques de combustible en la empresa SAG – MECASA, la cual tendrá movimiento impulsado por motores, un sistema formado por un PLC con sensores, estaciones de botones y un sistema neumático que permitirá que cuando el tanque avance a través de la línea de producción y llegue a las estaciones se coloque en una posición que permita su manipulación. La propuesta del diseño de la banda transportadora reducirá los tiempos de transporte entre cada estación de trabajo, eliminando los movimientos innecesarios y aumentando Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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la movilidad en cada estación de trabajo, reducirá el maltrato del tanque producido por el mal manejo a través del riel, evitara accidentes durante su transporte y por consecuencia el incremento en la producción de tanques. Conclusiones: Los objetivos se cumplieron dado que la propuesta de diseño de la banda transportadora reduce considerablemente los tiempos de transporte entre cada estación, tabla 2.2, coloca al tanque en cada estación en una posición en donde el operario puede manipularlo fácilmente reduciendo los esfuerzos físicos para poder realizar sus respectivos trabajos de estación. Con la implementación de la banda transportadora en la línea se observa en el balance de la línea un incremento de la producción de tanques y como consecuencia de ello un aumento de las utilidades de tal manera que la inversión total de la banda se recupera en un mes, tabla 4.16. Con los beneficios que ofrece la implementación de la banda transportadora en la línea de producción de tanques de aluminio, se demuestra a la empresa la importancia de automatizar las demás líneas de producción para el aumento de producción de tanques, tabla 4.13. El diseño de la banda así como los sistemas que la conforman, la selección de piezas, el control fueron basados en los conocimientos adquiridos durante nuestra preparación como ingenieros dejándonos como experiencia que con la aplicación de nuestros conocimientos podemos dar soluciones a las empresas, también como es el desarrollo completo de un proyecto y que aspectos se deben considerar para que este sea viable, y que papel desempeñaremos en la industria. Actualmente en cualquier línea de proceso es de suma importancia la forma en que los materiales son transportados para su transformación en productos, una buena opción es la implementación de bandas transportadoras ya que con su correcta selección brinda grandes beneficios a la líneas de producción, reduciendo tiempos de transporte, eliminando movimientos innecesarios, aumentando la fluidez de la producción, permite el control y monitoreo de cada estación de la línea, evita el deterioro y maltrato del producto y sobre todo disminuye los accidentes de transportes tanto del operario como en el transporte.


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2.1.3 Formulación del Problema ¿Es posible diseñar una faja transportadora alternativa para que pueda continuar el despacho de bolsas de cemento a los camiones aun cuando no haya energía?

2.1.4 Justificación 2.1.4.1 Conveniencia: La empresa Cementos Pacasmayo S.A.A. cuenta con un Departamento de Mantenimiento el cual a su vez tiene Sub-Departamentos: Departamento de Taller de Mecánica, Departamento de Taller de Instrumentación y Departamento de Taller Eléctrico los cuales tienen la capacidad de ejecutar trabajos de instalación y montaje de equipos electromecánicos de transporte de materiales así como de diseñar y ejecutar Planes Mantenimiento para estos equipos lo cual conlleva a tener una colaboración eficaz en el desarrollo del presente proyecto una vez definido y darle las mejoras para un alcanzar un elevado rendimiento y disponibilidad.

2.1.4.2 Impacto social: Se logra tener una elevada satisfacción en el ambiente laboral para el caso de los estibadores basado en la continuidad del despacho de bolsas de cemento debido a que dicho personal es remunerado de acuerdo a las bolsas de cemento despachadas en las unidades de los transportistas por lo cual la interrupción de sus labores genera una incomodidad para el personal pues significa menos ingresos. Asimismo el personal que forma parte de Cementos Pacasmayo S.A.A. se verá beneficiado directamente pues ellos perciben utilidades anualmente y el monto es deducido del porcentaje de las ventas y por ende a mayor venta mayor será el monto por concepto de utilidades percibido.

2.1.4.3 Implicaciones prácticas: Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Contar con un equipo nuevo que supere la interrupción del proceso de despacho motivará a las demás áreas en la búsqueda de soluciones a los problemas presentes en los procesos productivos de la fábrica Cementos Pacasmayo S.A.A. Cementos Pacasmayo S.A.A. cuenta con un Departamento de Planificación del Mantenimiento el cual tiene como finalidad la búsqueda de soluciones y mejoras a los problemas que se puedan presentar en los equipos y/o componentes que intervienen en cada uno de los procesos que intervienen en el proceso de fabricación del cemento desde el ingreso de la materia prima hasta el área de despacho del producto terminado. Este Departamento trabaja de la mano con el Departamento de Operaciones para tener identificados los problemas que se presentan y puedan en un futuro presentarse en los equipos críticos de la Planta y de esta manera plantear posibles soluciones las cuales serán implantadas previa evaluación de factibilidad.

2.1.4.4 Valor teórico: El costo de la solución será mucho menor que el costo debido a las paradas en el despacho de bolsas de cemento pues si tenemos en cuenta que por cada hora de 01 faja de despacho detenida se pierde S/. 28,512.00 que en Dólares Americanos significa $ 1,182.00. El análisis de los costos de las paradas obliga a buscar soluciones dentro del entorno mismo de la producción pues se tienen un amplio conocimiento en la instalación y mantenimiento de equipos de transporte de materiales como son las fajas transportadoras,

elevadores

de

cangilones,

transportadores

sinfín,

canaletas,

transportadores de baldes, transportadores de cadenas y dentro de estos de debe encontrar el más óptimo.

2.1.4.5 Unidad metodológica: Debido a la importancia de mantener un alto nivel de continuidad en el despacho de bolsas de cemento a los camiones de los clientes se justifica la finalidad del proyecto en cuanto a que beneficia a todas las áreas que intervienen en el proceso permitiendo que todas ellas en conjunto alcancen niveles óptimos de rendimiento pues manteniendo un Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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flujo constante en la producción se pueden medir constantemente los indicadores de calidad y mejorarlos constantemente.

2.2 OBJETIVO GENERAL Diseñar un equipo de transporte capaz de continuar el despacho de bolsas de cemento a los camiones en el caso de paradas de los equipos de despacho por corte de energía en la empresa Cementos Pacasmayo S.A.A.

2.2.1 Objetivos Específicos: - Diseñar un equipo capaz de transportar bolsas de cemento a los camiones y que cumpla todos los estándares de seguridad industrial de Cementos Pacasmayo S.A.A. - Implementar un equipo electro mecánico capaz de transportar bolsas de cemento desde un punto de acopio y elevarlo hasta las plataformas de los tráileres el cual a su vez sea de fácil transporte y que cuente con una fuente de energía autónoma - Determinar el espacio para maniobrar el equipo así como para el libre tránsito de los camiones en la zona de despacho alternativo. - Determinar la longitud y ángulo de inclinación óptimos para el sistema de despacho de bolsas de cemento mediante faja transportadora inclinada. - Calcular la potencia necesaria para el accionamiento del sistema de transporte de 28 bolsas de cemento/minuto mediante una faja transportadora inclinada. - Seleccionar la banda adecuada a utilizarse en la faja transportadora inclinada móvil. - Calcular la velocidad de la banda en la faja transportadora para un despacho de 28 bolsas de cemento/minuto. - Diseñar la estructura soporte y bastidor del sistema de transporte de la faja inclinada móvil.


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2.3 MARCO REFERENCIAL 2.3.1 Marco Teórico 2.3.1.1 Fajas Transportadoras 2.3.1.1.1 Introducción: En el diseño de instalaciones para el manejo de materias primas o de productos acabados, la elección del medio de transporte debe favorecer el medio que presente los menores costos, tanto de empleo como de mantenimiento, y a su vez posea suficiente flexibilidad para adaptarse a una amplia variedad de capacidades de transporte o a sobrecargas momentáneas. La Faja Transportadora, utilizada en medida creciente durante los últimos decenios, es un medio de transporte que satisface ampliamente estas exigencias. Comparado con otros sistemas, se ha revelado en efecto como el más económico, incluso porque se puede adaptar a las más diferentes condiciones de trabajo. Actualmente no se usa sólo para el transporte horizontal o en subidas, sino también en curvas, en ligeras bajadas y con velocidades relativamente elevadas.

2.3.1.1.2 Definición y características: La función de una Faja Transportadora es la de transportar de forma continua materiales a granel homogéneos o mezclados, a distancias que pueden oscilar entre algunos metros y decenas de kilómetros. Uno de los componentes principales del transportador es la banda de goma, que ejerce una doble función: - contener el material transportado - trasmitir la fuerza necesaria para transportar la carga. La Faja Transportadora es un dispositivo capaz de trasladar de forma continua los materiales que transporta en su parte superior. Las superficies, superior (de ida) e inferior (de retorno) de la banda, descansan sobre una serie de rodillos soportados por estructuras metálicas (estaciones). En los dos extremos del transportador, la banda se Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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enrolla en tambores, uno de los cuales, acoplado a un órgano motor, transmite el movimiento según se muestra en la Figura 1.

Figura N° 1: Esquema básico de una Faja Transportadora (Fuente: Rulmeca 2003)

Otra opción de transporte, sería por medio de volquetes de tolva en caso de carga a granel y camiones tipo plataforma para el caso de bultos, cajas, sacos, paquetes, etc. en donde la carga es discreta. En ambos casos la Faja Transportadora presenta las siguientes ventajas: - menor número de operarios - consumo energético limitado - mantenimiento programable con largos intervalos - independencia de los sistemas vecinos - costes de funcionamiento reducidos. A igualdad de carga, las grandes cintas transportadoras pueden presentar menores costos de hasta un 40 a 60% respecto al transporte por medio de camión. Los componentes mecánicos y eléctricos de la cinta transportadora, tales como rodillos, tambores, rodamientos, motores, etc. Se fabrican según normas unificadas. Los niveles cualitativos alcanzados por los mejores fabricantes garantizan su funcionalidad y duración a lo largo del tiempo. Los componentes principales de la cinta transportadora (banda y rodillos) requieren, si se dimensionan e instalan correctamente, un mantenimiento muy reducido. La banda de goma necesita poquísimas reparaciones superficiales y los rodillos lubricados para toda la vida permiten, si son de buena calidad y de concepción avanzada, reducir el porcentaje anual de sustituciones mediante el mantenimiento ordinario.


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El revestimiento de los tambores tiene una duración mínima de dos años. El empleo de dispositivos de limpieza adecuados de la banda en el punto de alimentación y en los de descarga asegura una mayor duración de las instalaciones y un menor mantenimiento. Todos estos factores, junto al limitado coste de las obras de soporte para salvar desniveles o el paso inferior de badenes, carreteras y otros obstáculos, así como las pendientes superables por las cintas transportadoras lisas (hasta 18°), y la posibilidad de recuperar energía en los tramos de recorrido en bajada, han hecho posible el diseño y la realización de transportadores con una longitud de hasta 100 km, realizados con tramos individuales de 15 km cada uno. En la práctica de su uso las características de flexibilidad, robustez y economía lo han convertido en el medio de transporte de materiales a granel más difundido y con las posibilidades más amplias de un desarrollo posterior. Las figura N° 2 muestra las configuraciones más típicas de Fajas Transportadoras.


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Figura N° 2: Configuraciones típicas de Fajas Transportadoras (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.3 Componentes y su denominación: En la Fig. 3 están ilustrados los componentes básicos de una Faja Transportadora típica. Se pueden disponer de las más diferentes combinaciones de carga, descarga, elevación y de órganos accesorios.


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Figura N° 3: Componentes típicos de una Faja Transportadora (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.3.1 Cabezal motriz (Puede ser de tipo tradicional o con mototambor): 2.3.1.1.3.1.1 Tradicional: Está compuesto por un grupo de mando constituido sucesivamente: por un tambor motriz de diámetro apropiado a la carga en la banda y por un tambor de inflexión. El movimiento lo proporciona un motoreductor del tipo pendular o de ejes ortogonales o paralelos, éstos últimos acoplados por medio de una junta al tambor motriz.

2.3.1.1.3.1.2 Mototambor: En esta configuración el motor, el reductor y los cojinetes forman una unidad integrada y protegida en el interior del tambor de arrastre de la banda. Actualmente se fabrican mototambores con un diámetro de hasta 800 mm y una potencia de unos 130 kW, con un rendimiento que puede alcanzar incluso el 97%.

2.3.1.1.3.1.3 Tambor motriz: En el tambor motriz tradicional o en el mototambor, la envoltura se reviste normalmente de goma, de un espesor adecuado a la potencia a transmitir. El revestimiento se presenta nervado, en forma de espiga, con el vértice situado en el sentido de la marcha o con surcos romboidales, para elevar el coeficiente de rozamiento y facilitar el desagüe. El diámetro de los tambores está dimensionado en base a la clase de resistencia de la banda y a la presión específica que actúa en la misma.


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2.3.1.1.3.1.4 Contratambores: La envoltura no necesita revestimiento, a no ser en casos particulares; el diámetro normalmente es inferior al previsto para el tambor motriz.

2.3.1.1.3.1.5 Tambores de desviación y de inflexión: Se emplean para aumentar el ángulo de abrazamiento de la banda. Además, se utilizan también para todas las desviaciones necesarias en presencia de dispositivos de tensión mediante contrapeso, descargadores móviles, etc.

2.3.1.1.3.1.6 Rodillos: Sostienen la banda y tienen que garantizar el deslizamiento libre y regular bajo carga. Son los elementos más importantes de la banda transportadora y representan una parte considerable de su valor global.

2.3.1.1.3.1.7 Estaciones superiores portantes y de retorno: Los rodillos portantes están reunidos en general en conjunto de tres y sostenidos por un bastidor. La inclinación de los rodillos laterales está comprendida entre 20° y 45°. Se puede construir, además, un sistema de guirnalda con una inclinación de hasta 60°. Las estaciones de retorno pueden ser planas, con rodillos individuales o reunidos en una pareja, en forma de "V" con 10° de inclinación.

2.3.1.1.3.1.8 Tensores: La tensión necesaria para que se adhiera la banda al tambor motriz se mantiene mediante un dispositivo de tensión, que puede ser del tipo de tornillo, de contrapeso o con cabrestante motorizado. El contrapeso determina una tensión constante en la banda, independientemente de las condiciones de funcionamiento. Su peso se dimensiona en el límite mínimo necesario para garantizar el arrastre de la banda, a fin de evitar esfuerzos inútiles. La carrera prevista para un tensor de contrapeso depende de la deformación elástica a la que está sometida la banda en las diferentes fases de funcionamiento. La carrera mínima de un tensor no deberá ser inferior al 2% de la distancia entre ejes del transportador para bandas reforzadas con productos textiles, y al 0,5% para bandas reforzadas con elementos metálicos. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.3.1.1.3.1.9 Tolvas de carga: La tolva de recogida y el tobogán de carga están dimensionados a fin de absorber, sin causar atascos ni daños a la banda, las variaciones instantáneas de la capacidad de carga y eventuales acumulaciones. El tobogán tendrá que responder a las exigencias de caída del material, según la trayectorias calculadas en base a la velocidad de transporte, al tamaño, al peso específico del material transportado y a sus características físicoquímicas (humedad, corrosividad, etc.).

2.3.1.1.3.1.10 Dispositivos de limpieza: Dispositivos que reducen las intervenciones de mantenimiento en las Fajas Transportadoras que transportan materiales húmedos y particularmente pegajosos, como porque permiten obtener la máxima productividad. Son diferentes, los más difundidos, por la sencillez de su aplicación, son los de cuchillas raspadoras, montadas en soportes elásticos de goma.

2.3.1.1.3.1.11 Cubierta de las cintas transportadoras: Es de fundamental importancia cuando es necesario proteger el material transportado contra factores atmosféricos y garantizar la funcionalidad de la instalación.

2.3.1.1.4 Criterios de diseño: La elección del sistema de transporte óptimo, su correcto diseño, su utilización racional, depende del conocimiento de las características constructivas y del comportamiento bajo carga de todos los componentes del propio sistema.

Los factores principales que influyen en el dimensionado de una cinta transportadora son: - La capacidad de transporte requerida. - La granulometría, las características fisicoquímicas del material a transportar. - El perfil altimétrico del recorrido.

2.3.1.1.4.1 Material a transportar:


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El diseño correcto de una cinta transportadora empieza con la evaluación de las características del material a transportar: en particular del ángulo de reposo y del ángulo de sobrecarga. El ángulo de reposo de un material, definido también “ángulo que la superficie de un amontonamiento, formado libremente, forma respecto al plano horizontal. Fig. 4.

Ángulo de reposo

Figura N° 4: Ángulo de reposo de un amontonamiento libre (Fuente: Rulmeca 2003)

El ángulo de sobrecarga es el ángulo que forma la superficie del material respecto al plano horizontal sobre la banda en movimiento. Este ángulo normalmente es de 5° - 15° (para algunos materiales, hasta 20°) inferior al ángulo de reposo.

Ángulo de sobrecarga

Figura N° 5: Ángulo de sobrecarga de un amontonamiento sobre Faja en movimiento (Fuente: Rulmeca 2003)

El material transportado se configura en su sección como en la Fig. 6. El área de la sección del material transportado “S” se puede calcular geométricamente sumando el área del sector circular A1 con la del trapecio A2. S= A1+A2


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Figura N° 6: Área de la sección del material transportado (Fuente: Rulmeca 2003)

Se puede determinar de forma más sencilla, haciendo referencia a los valores de la capacidad de transporte volumétrica Ivt con la fórmula: [

]

donde: IVT = capacidad de transporte volumétrica a una velocidad de 1 m/s (Tablas 5a-b-c-d)


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Tabla N° 1: Ángulo de sobrecarga, de reposo y fluidez del material (Fuente: Rulmeca 2003)


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Tabla N° 2: Propiedades físicas de los materiales (Fuente: Rulmeca 2003)


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28





29



2.3.1.1.4.2 Velocidad de la banda: La velocidad máxima de funcionamiento de las Fajas Transportadoras ha alcanzado límites que eran impensables hasta hace algunos años. Las velocidades más elevadas han permitido incrementar los volúmenes transportados: a igualdad de carga, se han reducido las cargas de material por unidad lineal de transportador y, por tanto, los costes de las estructuras, de las estaciones portantes y de la banda. Las características físicas de los materiales a transportar influyen de manera determinante en la velocidad de funcionamiento. Los materiales ligeros, tales como cereales y polvos de algunos minerales, permiten velocidades elevadas. Materiales cribados o preseleccionados pueden ser trasladados a velocidades de 8 m/s y superiores. Con el aumento del tamaño del material, de su abrasividad y de su peso específico, es necesario reducir la velocidad de la banda. Materiales no triturados o no seleccionados pueden obligar a elegir velocidades de transporte más moderadas, del orden de 1,5 a 3,5 m/s. La cantidad de material por metro lineal que gravita sobre la banda es: [

]

donde: qG = peso del material por metro lineal Iv = capacidad de transporte de la banda (t/h) v = velocidad de la banda m/s Se utilizará qG en la determinación de los esfuerzos tangenciales Fu. Con el aumento de la velocidad v se podrá obtener las misma capacidad de transporte Iv con un menor ancho de la banda (es decir, con una estructura del transportador más sencilla) así como con menor carga por unidad lineal, y por tanto con esfuerzo de rodillos y estaciones portantes reducidos, y menor tensión de la banda. Sin embargo, las bandas más anchas permiten, a igualdad de capacidad de transporte, menores velocidades, presentando menor peligro de salida de material, de avería de la banda o atasco de la tolva. Según datos experimentales, indicamos en la Tabla N° 3 las velocidades máximas aconsejables en función tanto de las características físicas y del tamaño de los materiales a transportar, como del ancho de la banda. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Entre los factores que limitan la velocidad máxima de un transportador citamos:

- La inclinación de la banda en el punto de carga: cuanto mayor es la inclinación, mayor es el tiempo de turbulencia (rodadura) del material antes de que se asiente en la banda. Este fenómeno es un factor que limita la velocidad máxima de funcionamiento del transportador, ya que produce el desgaste prematuro de la cubierta de la banda. - La ocurrencia de una acción abrasiva repetida del material sobre la banda, que viene dada por el número de pasadas de una determinada sección de la banda debajo de la tolva de carga, es directamente proporcional a la velocidad de la banda e inversamente proporcional a su longitud.

Tabla N° 3: Velocidades máximas aconsejables de Fajas Transportadoras (Fuente: Rulmeca 2003) 2.3.1.1.4.3 Ancho de la banda: Una vez establecida, con la ayuda de la Tabla 3, la velocidad óptima de la banda, la determinación de su ancho se lleva a cabo principalmente en función de la cantidad de material a transportar, generalmente indicada en los datos base del diseño. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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En el texto que sigue a continuación, la capacidad de transporte de una banda transportadora está expresada como capacidad de transporte volumétrica IVT [m3/h] por v= 1 m/seg. La inclinación de los rodillos laterales de un conjunto de tres (de 20° a 45°) define el ángulo de la estación Fig.7.

Figura N° 7: Ángulos de inclinación de los rodillos (Fuente: Rulmeca 2003)

Con el mismo ancho de la banda, a mayor ángulo corresponde, un aumento de la capacidad de transporte volumétrica IVT. La elección de las estaciones portantes se lleva a cabo también en función de la capacidad de puesta en artesa de la banda. Antes, las inclinaciones estándar de los rodillos laterales de un grupo de tres eran 20°. Ahora, las mejoras aportadas a las carcasas y a los materiales utilizados para la fabricación de las bandas permiten usar estaciones con una inclinación de los rodillos laterales de 30°/35°. Las estaciones con una inclinación de 40°/45° se utilizan en casos especiales, debido también al coste de las bandas que pueden adaptarse a artesas tan acentuadas. En la práctica, la elección y el diseño de una estación se basa en la que cumple con el volumen de carga requerido, usando una banda de anchura mínima y por lo tanto más económica. Para la determinación de las dimensiones de la banda hay que tener en cuenta valores mínimos de ancho, en función de las cargas de rotura de la banda y de la inclinación de los rodillos laterales de la estación expresados en la Tabla 4 .


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Tabla N° 4: Ancho mínimo de la banda en función de su carga de rotura y de la inclinación de los rodillos (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.4 Capacidad de transporte volumétrica IM La capacidad transporte en volumen de la banda viene dada por la fórmula: [

]

[

]

donde: Iv = capacidad de transporte de la banda t/h qs = peso específico del material. Se define luego:

como capacidad de transporte volumétrica, a una velocidad de un metro por segundo. Mediante las Tablas 5a-b-c-d se determina qué ancho de banda cumple con la capacidad de transporte volumétrica IM requerido por los datos de diseño en relación con la forma de la estación, con la inclinación de los rodillos, con el ángulo de sobrecarga del material y con la velocidad.


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Tabla N° 5a: Capacidades de transporte volumétricos con estaciones planas para v = 1 m/s (Fuente: Rulmeca 2003)


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Tabla N° 5b: Capacidades de transporte volumétricos con estaciones de 2 rodillos para v= 1 m/s (Fuente: Rulmeca 2003)


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Tabla N° 5c: Capacidades de transporte volumétricos con estaciones de 3 rodillos para v= 1 m/s (Fuente: Rulmeca 2003) Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Tabla N° 5c: Capacidades de transporte volumétricos con estaciones de 3 rodillos para v= 1 m/s (Fuente: Rulmeca 2003)


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Tabla N° 5d: Capacidades de transporte volumétricos con estaciones de 5 rodillos para v= 1 m/s (Fuente: Rulmeca 2003)

Para obtener la capacidad de transporte volumétrico efectivo IM a la velocidad deseada, tendremos: [


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]



2.3.1.1.4.5 Capacidad de transporte volumétrica corregida con factores de inclinaciones y de alimentación: En caso de bandas inclinadas, los valores de capacidad de transporte volumétrica IVT [m3/h] se tienen que corregir según la siguiente relación: [

]

Donde: IVM: es la capacidad de transporte volumétrica corregida en relación con la inclinación y con la irregularidad de alimentación en m3/h con v = 1 m/s IVT: es la capacidad de transporte teórica en volumen para v = 1m/s K: es el factor de inclinación K1: es el factor de corrección debido a la irregularidad de alimentación El factor de inclinación K que se incluye en el informe, tiene en cuenta la reducción de sección del material transportado por la banda cuando el transporte está en pendiente. El diagrama de la Fig.8 proporciona el factor K en función del ángulo de inclinación de la banda transportadora a aplicarse sólo con bandas lisas.

Figura N° 8: Factor de inclinación K (Fuente: Rulmeca 2003) Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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En general, también es necesario tener en cuenta el tipo de alimentación, es decir su constancia y regularidad, introduciendo un factor de corrección K1 i cuyos valores son: - K1 = 1 para alimentación regular - K1 = 0.95 para alimentación poco regular - K1 = 0.90 ÷ 0.80 para alimentación muy irregular. Si se considera la capacidad de transporte corregida mediante los factores citados más arriba, la capacidad de transporte volumétrica efectiva a la velocidad deseada viene dada por: [

]

Teniendo en cuenta el ancho de la cinta, se puede comprobar la relación entre el ancho de la cinta y el tamaño máximo trozo de material de acuerdo a la siguiente: Ancho de banda ≥ 2.5 max tamaño

2.3.1.1.4.6 Configuración de las estaciones, paso y distancias de transición: 2.3.1.1.4.6.1 Configuración: Se define como estación la combinación de los rodillos con el correspondiente bastidor de soporte fijo Fig. 9; la estación también puede suspender en forma de guirnalda Fig. 10. Se distinguen dos tipos de estación base: las portantes de ida, que sostienen la banda cargada, y las inferiores, que sostienen la banda vacía en el tramo de retorno. • Las estaciones de ida fijas forman generalmente dos configuraciones: - con uno o dos rodillos planos - con dos, tres o más rodillos en artesa. • Las estaciones de retorno pueden ser: - con uno o dos rodillos - en artesa con dos rodillos.

Las estaciones fijas con bastidor de sostén con tres rodillos de igual longitud, permiten una buena adaptación de la banda, realizando una distribución uniforme de las tensiones y una buena sección de carga. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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La inclinación de los rodillos laterales oscila entre 20° y 45° para bandas con un ancho de 400 a 2.200 mm y mayores. Las estaciones suspendidas de guirnalda se utilizan como estaciones de impacto debajo de las tolvas de carga, o en general a lo largo de los tramos de ida y de retorno para grandes capacidades de transporte o en bandas transportadoras de altas prestaciones. Las

estaciones

están

fabricadas

generalmente

siguiendo

normas

unificadas

internacionales. Los dibujos ilustran las configuraciones más usuales.

Figura N° 9: Tipos de estaciones de polines (Fuente: Rulmeca 2003)

Las estaciones de ida de un conjunto de tres rodillos pueden tener los rodillos alineados entre sí y ortogonales respecto a la dirección de transporte Fig. 11, en caso de bandas reversibles; o bien los rodillos laterales orientados en el sentido de marcha de la banda (generalmente de 2°) para bandas unidireccionales Fig. 12.


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Figura N° 10: Estaciones suspendidas de guirnalda (Fuente: Rulmeca 2003)

Figura N° 11: Estaciones para bandas reversibles (Fuente: Rulmeca 2003)


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Figura N° 12: Estaciones para bandas de un solo sentido (Fuente: Rulmeca 2003)

Figura N° 13: Estaciones desalineadas (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.6.2 Paso de las estaciones: En las bandas transportadoras el paso ao más usado normalmente para las estaciones de ida es de un metro, mientras que para el retorno es de tres metros (au). La flecha de flexión de la banda, entre dos estaciones portantes consecutivas, no tiene que superar el 2% del paso. Una flecha de flexión mayor genera, durante la carga, salidas de material desde la banda y excesivos rozamientos excesivos debidos a las deformaciones de la masa del material transportado. Esto origina no sólo trabajo o absorción de potencia superiores, sino también anómalos esfuerzos de los rodillos, así como un desgaste prematuro de la cubierta de la banda. La Tabla 6 propone de todos modos el paso máximo aconsejable de las estaciones en funcionamiento, del ancho de la banda y del paso específico del material para mantener la flecha de flexión de la banda dentro de los límites indicados. Además, el paso puede ser limitado también por la capacidad de carga de los rodillos mismos.


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Figura N° 14: Distancia o paso entre estaciones (Fuente: Rulmeca 2003)

En los puntos de carga, el paso es generalmente la mitad, o menos, que las estaciones normales, a fin de limitar lo más posible la flexión de la banda y los esfuerzos en los rodillos.

Figura N° 15: Distancia entre estaciones en puntos de carga (Fuente: Rulmeca 2003)

Para las estaciones de guirnalda, el paso mínimo se calculará de manera tal que se eviten contactos entre dos estaciones sucesivas, provocados por las oscilaciones normales durante su utilización. Fig.15.


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Tabla N° 6: Máximo paso recomendado entre estaciones de polines (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.6.3 Distancia de transición Lt: Al espacio existente entre la última estación de rodillos adyacente al tambor de cabeza o de cola de una cinta transportadora y los tambores mismos, se le llama distancia de transición. Fig.16.

Figura N° 16a: Distancia de transición Lt (Fuente: Rulmeca 2003)

A lo largo de este tramo la banda pasa de la configuración de artesa, determinada por los ángulos de las estaciones portantes, a la plana del tambor y viceversa.


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Figura N° 16b: Ángulos de las estaciones portantes, a la plana del tambor (Fuente: Rulmeca 2003)

Con ello, los bordes de la banda son sometidos a una tensión adicional, que actúa sobre los rodillos laterales. Generalmente la distancia de transición no tiene que ser inferior al ancho de la banda a fin de evitar sobreesfuerzos. En caso de que la distancia de transición Lt sea superior al paso de las estaciones portantes, es conveniente introducir en el tramo de transición y en estaciones con ángulo decrecientes unos rodillos laterales (llamadas estaciones de transición). De este modo la banda pasa gradualmente de la configuración de artesa a la plana, evitando así tensiones perjudiciales. El diagrama de la Fig.19 permite determinar la distancia de transición Lt (en función del ancho de la banda y del ángulo λ de las estaciones portantes), para bandas reforzadas con productos textiles EP (poliéster) y para bandas reforzadas con elementos metálicos tipo Steel Cord (ST).

Ejemplo: Para una banda (EP) de 1400 mm de ancho con estaciones a 45°, se obtiene del diagrama que la distancia de transición es de aprox. 3 m. Es aconsejable, por tanto, intercalar en el tramo de transición Lt dos estaciones que tengan respectivamente λ=15° y 30° con paso de 1 m.

Figura N° 17: Tramos de transición intercalados (Fuente: Rulmeca 2003)


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Figura N° 18: Pasos y distancia de transición (Fuente: Rulmeca 2003)

Figura N° 19: Distancia de transición (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.7 Esfuerzo tangencial, potencia motriz, resistencias pasivas, peso de la banda, tensiones y controles: Los esfuerzos a los que está sometida una banda transportadora en funcionamiento varían a lo largo de su recorrido. Para dimensionar y calcular la potencia absorbida por la banda transportadora es necesario determinar la tensión que actúa en la sección sometida a mayor esfuerzo, en particular para bandas transportadoras que presenten características como: - inclinación superior a 5° Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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- recorrido descendente - perfil altimétrico variado Fig.20

2.3.1.1.4.7.1 Esfuerzo tangencial El primer paso prevé el cálculo del esfuerzo tangencial total FU en la periferia del tambor motriz. El FU tiene que vencer todas las resistencias que se oponen al movimiento y está constituido por la suma de los siguientes esfuerzos: - esfuerzo necesario para mover la banda descargada: tiene que vencer los rozamientos que se oponen los movimientos de la banda causados por las estaciones portantes y de retorno, por los contra-tambores y desviadores, etc.; - esfuerzo necesario para vencer las resistencias que se oponen al desplazamiento horizontal del material; - esfuerzo necesario para elevar el material hasta la cota deseada (en caso de bandas descendentes, la fuerza generada por la masa total transportada se convierte en motriz); - esfuerzos necesarios para vencer las resistencias secundarias debidas a la presencia de accesorios (descargadores móviles “Tripper”, limpiadores, raspadores, rebabas de retención, dispositivos de inversión, etc.)

El esfuerzo tangencial total FU en la periferia del tambor motriz vendrá dado por: [

(

)

(

)]

[ ]

Para cintas transportadoras descendentes, utilicese en la fórmula el signo (-) donde: L

: Distancia entre ejes del transpotador (m)

Cq

: Coeficiente

Ct

: Coeficiente resistencias pasivas, véase Tab. 8

f

: Coeficiente de rozamiento interior partes giratorias (estaciones), véase Tabla. 9

qb

: Peso banda por metro lineal en Kg/m, véase Tabla 10 (suma de los

de las resistencias fijas (accesorios banda), véase Tabla 7

revestimientos y del peso del núcleo ) qG

: Peso material transportado por metro lineal Kg/m

qRU

: Peso partes giratorias inferiores, en Kg/m, véase Tabla 11

qRO

: Peso partes giratorias superiores, Kg/m, véase Tabla 11

H

: Desnivel de la cinta transportadora.


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Cuando se requiere el cálculo de una cinta transportadora con perfil altimétrico variado, es conveniente que el esfuerzo tangencial total se subdivide en los esfuerzos Fa (esfuerzo tangencial de ida) e inferior Fr (esfuerzo tangencial de retorno), necesarios para mover cada uno de los tramos de perfil constante que componen la banda (Fig. 20), se obtendrá:

donde: Fa = esfuerzo tangencial para mover la banda en cada uno de los tramos de ida Fr = esfuerzo tangencial para mover la banda en cada uno de los tramos de retorno

Por tanto, el esfuerzo tangencial Fa y Fr vendrá dado por:

Donde 1 daN = 10 N Se utiliza el signo: (+) para el tramo de banda ascendente (-) para el tramo descendente

Figura N° 20: Recorrido de cinta de geometría variada. (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.7.2 Potencia motriz: Conocidos el esfuerzo tangencial total en la periferia del tambor motriz, la velocidad de la banda y el rendimiento “η” del reductor, la potencia mínima necesaria del motor vendrá dada por: Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.3.1.1.4.7.3 Resistencias pasivas Las resistencias pasivas se expresan mediante coeficientes proporcionales a la longitud de la cinta transportadora, a la temperatura ambiente, a la velocidad, al tipo de mantenimiento, a la limpieza y a la fluidez, al rozamiento interior del material y a la inclinación de la banda transportadora.

Tabla N° 7: Coeficiente de resistencias fijas debido a distancia entre ejes (Fuente: Rulmeca 2003)

Tabla N° 8: Coeficiente de resistencias pasivas debidas a la temperatura (Fuente: Rulmeca 2003) Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Tabla N° 9: Coeficiente rozamiento interior f del material y de los elementos giratorios (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.7.4 Peso de la banda por metro lineal qb El peso total de la banda qb se puede determinar sumándole al peso del núcleo de la banda, el del revestimiento superior e inferior, es decir aprox. 1,15 Kg/m2 por cada mm de espesor del revestimiento.

Tabla N° 10: Peso del núcleo de la banda (Fuente: Rulmeca 2003)


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En la Tabla 11 se indican los pesos aproximados de las partes giratorias de una estación superior de tres rodillos y de una estación inferior plana. El peso de las partes giratorias superior qRO e inferior qRU vendrá dado por:

Donde: Pprs = peso de las partes giratorias superiores ao = paso estaciones de ida

Donde: Ppri = peso de las partes giratorias inferiores au = paso estaciones de retorno

Tabla N° 11: Peso de las partes giratorias de los rodillos de las estaciones (sup/inf) (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.7.5 Tensión de la banda De una banda transportadora con movimiento de la banda en régimen, se consideran las diferentes tensiones que se verifican en ésta.

2.3.1.1.4.7.5.1 Tensiones T1 e T2 Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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El esfuerzo tangencial total FU en la periferia del tambor motriz corresponde a la diferencia de las tensiones T1 (lado tenso) y T2 (lado lento). Esto se deriva del par motriz necesario para que se mueva la banda y transmitido por el motor.

Figura N° 21: Tensiones sobre el tambor motriz. (Fuente: Rulmeca 2003)

Pasando del punto A al punto B Fig. 21 la tensión de la banda pasa con ley de variación exponencial del valor T1 al valor T2. Entre T1 y T2 subsiste la relación:

Donde: fa = coeficiente de rozamiento entre banda y tambor, dado un ángulo de abrazamiento e = base de los logaritmos naturales 2.718

El signo (=) define la condición límite de adherencia. Si la relación T1/T2 se vuelve > efa, la banda patina en el tambor motriz sin que se transmita el movimiento. De las relaciones antedichas se obtiene:

El valor Cw, que definiremos factor de abrazamiento, es función del ángulo de abrazamiento de la banda en el tambor motriz (puede alcanzar los 420° cuando se tiene un doble tambor) y del valor del coeficiente de rozamiento fa entre la banda y del tambor. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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De este modo se calcula el valor mínimo de tensión de la banda al límite de adherencia (de la banda en el tambor) al acercarse y al alejarse del tambor motriz. Hay que notar, además, que la adherencia de la banda con el tambor motriz se puede asegurar mediante un dispositivo llamado tensor de banda utilizado para mantener una adecuada tensión en todas las condiciones de trabajo.

La Tabla 12 proporciona los valores del factor de abrazamiento Cw en función del ángulo de abrazamiento, del sistema de tensión y uso de tambor con o sin revestimiento.

Tabla N° 12: Factor de abrazamiento Cw (Fuente: Rulmeca 2003)

Figura N° 22: Esfuerzos tangenciales sobre la banda. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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(Fuente: Rulmeca 2003)

Una vez establecido el valor de las tensiones T1 y T2 analizaremos las tensiones de la banda en otras zonas críticas de la banda transportadora, es decir: - Tensión T3 correspondiente al tramo lento del contra-tambor; - Tensión T0 mínima en la cola, en la zona de carga del material; - Tensión Tg de la banda en el punto de situación del dispositivo de tensión; - Tensión Tmax máxima de la banda.

2.3.1.1.4.7.5.2 Tensión T3 Como ya se ha definido: T1 = FU +T2 y T2 = FU x Cw La tensión T3 que se genera al acercarse al contra-tambor (Fig. 22) viene dada por la suma algebraica de la tensión T2 y de los esfuerzos tangenciales Fr correspondientes a cada uno de los tramos de retorno de la banda. Por tanto, la tensión T3 viene dada por:

Figura N° 23: Flecha entre Polines. (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.7.5.3 Tensión T0 La tensión T3 mínima requerida, al alejarse del contra-tambor, además de garantizar la adherencia de la banda con el tambor motriz, para transmitir el movimiento, tiene que tener una flecha de flexión de la banda, entre dos estaciones portantes consecutivas, que no supere el 2% del paso de las estaciones mismas. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Esto sirve para evitar desbordamientos de material de la banda y excesivas resistencias pasivas, causadas por la dinámica del material con el paso por las estaciones Fig. 23. La tensión T0 mínima necesaria para mantener un valor de flecha del 2% viene dada por la siguiente relación:

Donde: qb = peso total de la banda por metro lineal; qG = peso del material por metro lineal; a0 = paso de las estaciones de ida en m. La fórmula deriva de la aplicación y de la necesaria simplificación de la teoría, de la llamada “catenaria”. En caso de que se desee mantener la flecha con un valor inferior al 2%, hay que sustituir el valor 6,25: - para flecha 1,5% = 8,4 - para flecha 1% = 12,5 Para obtener la tensión T0 necesaria para garantizar la flecha deseada, se utiliza un dispositivo de tensado, que influye también las tensiones T1 y T2 aun dejando invariable el esfuerzo periférico FU = T1 - T2.

2.3.1.1.4.7.5.4 Tensión Tg y dispositivos de tensado Los dispositivos de tensado utilizados en las cintas transportadoras, en general, son de tornillo o de contrapeso. Los dispositivos de tensión de tornillo están situados en la cola de la banda y normalmente se utilizan para cintas transportadoras con una distancia entre ejes no superior a 30/40 m. Para cintas transportadoras con una distancia entre ejes superior, se utilizan dispositivos de tensión por contrapeso o por cabrestante en caso de espacios reducidos. La carrera mínima requerida por el dispositivo de tensión se determina en función del tipo de banda instalada, es decir: - banda reforzada con productos textiles: carrera mínima 2% de la distancia entre ejes de la cinta transportadora; Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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- banda reforzada con elementos metálicos: carrera mínima 0,3–0,5% de la distancia entre ejes de la cinta transportadora. Ejemplos típicos de dispositivos de tensión

Figura N° 24: Dispositivo de tensión por tornillos. (Fuente: Rulmeca 2003)

En esta configuración la tensión se regula manualmente ajustando periódicamente los tornillos de tensado.

Figura N° 25: Dispositivo de tensión por contrapeso. (Fuente: Rulmeca 2003)

La tensión en esta configuración queda asegurada por el contrapeso

Figura N° 26: Dispositivo de tensión por contrapeso. (Fuente: Rulmeca 2003)

También en esta configuración la tensión queda asegurada por el contrapeso.


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En donde: IC = distancia desde el centro del tambor motriz hasta el punto de situación del contrapeso Ht = desnivel de la banda, entre el punto de aplicación del contrapeso y el punto de salida del tambor motriz expresado en metros.

2.3.1.1.4.7.5.5 Control del correcto dimensionado La banda estará bien dimensionada cuando la tensión T0, necesaria para la flecha correcta de la banda, resulte inferior a la T3 encontrada. La tensión T2 tiene que resultar siempre T2 ≥ Fu x Cw y se calculará T2 = T3 ± Fr (donde T3 ≥ T0).

2.3.1.1.4.7.5.6 Tensión máxima (Tmax) Es la tensión de la banda en el punto sometido a mayor esfuerzo de la cinta transportadora. Normalmente coincide con la tensión T1. Sin embargo, para cintas transportadoras con marcha planimétrica particular en condiciones de funcionamiento variables, la Tmax puede encontrarse en tramos diferentes de la banda.

2.3.1.1.4.7.5.7 Cargas de trabajo y de rotura de la banda La Tmax se utiliza para calcular la tensión unitaria máxima de la banda TUmax dada por:

Donde: N = ancho de la banda en mm; Tmax = tensión en el punto sometido a mayor esfuerzo de la banda en daN. Como criterio de seguridad, hay que considerar que la carga de trabajo máxima en régimen para bandas reforzadas con productos textiles corresponde a 1/10 de la carga de rotura de la banda (1/8 para banda reforzadas con elementos metálicos).

2.3.1.1.4.8 Motorización de la cinta transportadora y dimensionada de los tambores 2.3.1.1.4.8.1 Tipos de motorización Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Las cintas transportadoras que requieran potencias de hasta 132 kW se pueden motorizar con cabezal tradicional, es decir, con motor eléctrico, reductor, tambor, conexiones y accesorios correspondientes o, como alternativa, con mototambor.

Figura N° 27: Mototambor. (Fuente: Rulmeca 2003)

El mototambor se usa normalmente cada vez más en las motorizaciones de cintas transportadoras gracias a sus características de compacidad, a las limitadas dimensiones máximas, a la facilidad de instalación, al elevado grado de protección (IP67) de los componentes interiores del tambor, así como al limitadísimo mantenimiento requerido (cambio de aceite cada 10.000 horas de funcionamiento). La Fig.28 se evidencian las diferentes dimensiones máximas de los dos sistemas de motorización. Las cintas transportadoras que requieren potencias superiores a 132 kW utilizan normalmente cabezales de mando tradicionales, incluso con dos o más motorreductores.

Figura N° 28: Accionamiento de polea motriz por motoreductor. (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.8.2 Diámetros de los tambores Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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El dimensionado del diámetro de los tambores de mando está en estrecha relación con las características de resistencia de la pieza intercalada de la banda utilizada. En la Tabla 13 se indican los diámetros mínimos recomendados en función del tipo de pieza intercalada utilizada, a fin de evitar daños en la banda por separación de las telas o desgarradura de los tejidos.

Tabla N° 13: Diámetros mínimos recomendados de los tambores (Fuente: Rulmeca 2003)

No hay que aplicar esta tabla en caso de cintas transportadoras que transportan materiales con una temperatura superiora a +110°C o en caso de cintas transportadoras instaladas en ambientes con una temperatura inferior a -40°C.

2.3.1.1.4.8.3 Dimensionado del eje del tambor motriz El eje del tambor motriz está sujeto a flexiones con fatiga alterna y a torsión. Para calcular el diámetro, habrá que determinar por tanto el momento de flexión Mf y el momento de torsión Mt. El momento de flexión del eje está generado por la resultante de la suma vectorial de las tensiones T1 y T2 y del peso del tambor qT Fig.29.


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Figura N° 29: Tensiones en el Tambor Motriz. (Fuente: Rulmeca 2003)

El dimensionado del diámetro del eje requiere la determinación de algunos valores. Éstos son: la resultante de las tensiones Cp, el momento de flexión Mf, el momento de torsión Mt, el momento ideal de flexión Mif y el módulo de resistencia W. Actuando en orden tendremos:

Donde: P = potencia absorbida en kW n = número de revoluciones del tambor motriz

De la combinación de las dos ecuaciones se obtendrá el diámetro del eje como sigue:


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Tabla N° 14: Valores de s admisible (Fuente: Rulmeca 2003)

Figura N° 30: Distancia entre cargas sobre eje polea. (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.8.4 Dimensionado de los ejes para tambores de retorno/contra-tambor y desviadores. Es este caso el eje se puede considerar sometido a esfuerzo por simple flexión. Por tanto, habrá que determinar el momento de flexión Mf, generado por la resultante de la suma vectorial de las tensiones de la banda al acuerdo y al alejarse del tambor y del peso del tambor mismo. En este caso, tratándose de tambores locos, se puede considerar Tx=Ty. En las Figs. 31 y 32, se indican algunas disposiciones de tambores locos.

Figura N° 31: Fuerzas sobre tambor de retorno (Fuente: Rulmeca 2003)


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Figura N° 32: Fuerzas sobre tambores desviadores. (Fuente: Rulmeca 2003)

El momento de flexión vendrá dado por:

El módulo de resistencia se obtendrá de:

Siendo el módulo de resistencia:

El diámetro del eje se obtendrá:

2.3.1.4.1.8.5 Limitación de flecha y de rotación para tambor motriz y loco Despues de haber dimensionado el diámetro del eje de los diferentes tambores, hay que comprobar que la flecha y la inclinación del eje no superen determinados valores. En particular, la flecha ft y la inclinación αt deberán cumplir con las relaciones:


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Donde: ag = expresada en mm E = módulo de elasticidad del acero (20600 [daN/mm2]) J = momento de inercia de la sección del eje (0,0491 D4 [mm4]) Cpr = carga sobre el eje [daN]

Figura N° 33: Fuerzas sobre eje tambores. (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.9 Rodillos, función y criterios constructivos La resistencia al arranque y a la rotación de los rodillos influye sobre la tensión de la banda y, como consecuencia, la potencia necesaria para que se ponga en marcha y se deslice. El cuerpo del rodillo y sus cabezales, la posición de los rodamientos y el alojamiento del sistema de protección de los mismos, son los elementos de los que dependen la duración y la fluidez de los rodillos. Otros factores constructivos: • El equilibrado y la resistencia al arranque; • Las tolerancias; • La tipología del tubo: sus características y espesor - acoplamiento con los cabezales; • La resistencia al desgaste y al impacto; • La tipología de los rodamientos Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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- sistema de protección - acoplamiento con eje y cabezales - lubricación - alineación; • El eje: sus características y mecanizados.


2.3.1.1.4.9.1 Elección del diámetro de los rodillos en relación con la velocidad Con la velocidad de la banda y el diámetro de los rodillos se establece el número de revoluciones de los mismos según la fórmula:

Donde: D = diámetro del rodillo [mm] v = velocidad de la banda [m/s]

La Tabla 15 incluye la relación existente entre velocidad máxima de la banda, el diámetro del rodillo y el correspondiente número de revoluciones. Al elegir el rodillo es interesante notar que, aunque los rodillos con diámetros mayores comportan una mayor inercia al arranque, estos proporcionan, con las mismas condiciones, muchas ventajas como: menor número de revoluciones, menos desgaste de los rodamientos y de la envoltura, rozamientos de rodamiento más bajos y limitada abrasión entre rodillos y banda. La elección correcta del diámetro tiene que considerar, además, el ancho de la banda, en la Tabla 16 se indican los diámetros de los rodillos aconsejables. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Tabla N° 15: Velocidad máxima y número de revoluciones de los rodillos (Fuente: Rulmeca 2003)

Tabla N° 16: Diámetro recomendado de los rodillos (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.9.2 Elección en relación con la carga El tipo y la dimensión de los rodillos a utilizar en una banda transportadora dependen esencialmente del ancho de la banda misma, del paso de las estaciones y sobre todo de Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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la carga máxima que gravita sobre los rodillos sometidos a mayores esfuerzos, así como a otros factores correctores. El primer valor a definir es la carga que gravita sobre la estación. A continuación, en función del tipo de estación (ida, retorno o impacto), del número de rodillos por estación, de su inclinación, del tamaño del material y de los demás factores de funcionamiento enumerados más abajo, se podrá determinar la carga que existe sobre el rodillo sometido a mayor esfuerzo para cada tipo de estación. Existen además algunos coeficientes correctores que tienen en cuenta el número de horas diarias de funcionamiento de la instalación (factor de servicio), de las condiciones ambientales y de la velocidad para los diferentes diámetros de rodillos. Los valores de capacidad de transporte así obtenidos se tienen que comparar, por tanto, con las capacidades de carga de los rodillos indicadas en el catálogo, válidas para una duración de diseño de 30.000 horas. Para una duración teórica diferente, la capacidad de carga se tiene que multiplicar por el coeficiente incluido en la Tabla 22 correspondiente e la duración deseada. Factores de funcionamiento principales: Iv = capacidad de transporte de la banda t/h v = velocidad de la banda m/s ao = paso de las estaciones de ida m au = paso de las estaciones de retorno m qb = peso de la banda por metro lineal Kg/m Fp = factor de participación del rodillo sometido a mayor esfuerzo véase Tabla 17 (Dependiente del ángulo de los rodillos en la estación) Fd = factor de choque véase Tab.20 (depende de las dimensiones del material transportado) Fs = factor de servicio véase Tab.18 Fm = factor ambiental véase Tab.19 Fv = factor de velocidad véase Tab. 21


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Tabla N° 17: Factor de participación Fp (Fuente: Rulmeca 2003)

Tabla N° 18: Factor de servicio Fs (Fuente: Rulmeca 2003)

Tabla N° 19: Factor de condiciones ambientales Fm (Fuente: Rulmeca 2003)


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Tabla N° 20: Factor de choque Fd (Fuente: Rulmeca 2003)

Tabla N° 21: Factor de velocidad Fv (Fuente: Rulmeca 2003)

Tabla N° 22: Coeficiente de duración teórica de los rodamientos (Fuente: Rulmeca 2003) Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.3.1.1.4.9.3 Determinación de la carga Una vez definido el diámetro del rodillo en relación con la velocidad y con el número de revoluciones, hay que determinar la carga estática en las estaciones de ida, que se determina con las siguientes fórmulas:

Multiplicando luego por los factores de funcionamiento, obtendremos la carga dinámica en la estación:

Multiplicando luego por el factor de participación, se obtendrá la carga sobre el rodillo sometido a mayor esfuerzo (rodillo central en el caso de estaciones con tres rodillos de igual longitud):

La carga estática en las estaciones de retorno, al no estar presente el peso del material, se determina con la siguiente fórmula:

La carga dinámica en la estación de retorno será:

Y la carga en el rodillo de retorno, individual o por pareja, será: Una vez establecidos los valores de “ca” y “cr”, se buscarán en el catálogo los rodillos (con el diámetro elegido anteriormente) que tengan una capacidad de carga suficiente.

Figura N° 35: Descarga típica sobre faja. (Fuente: Rulmeca 2003) Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.3.1.1.4.10 Alimentación de la cinta transportadora y rodillos de impacto El sistema de alimentación de una cinta transportadora tiene que estar predispuesto de tal manera que se eviten los efectos perjudiciales provocados por la energía de caída (impacto) del material contra la banda: en especial si esto se produce desde una altura relevante y si se trata de materiales de gran tamaño, con cantos vivos. Para sostener la banda en las zonas de carga, se instalan normalmente rodillos de impacto (con anillos de goma), montados en estaciones con paso muy próximo, a fin de constituir un soporte elástico para la banda. También está muy difundido el uso de estaciones suspendidas de guirnalda Fig.37-38 que, gracias a las características de flexibilidad intrínsecas, absorben con mayor eficacia los efectos del impacto del material contra la banda y se adaptan a las diferentes conformaciones de la carga.

Figura N° 36: Descarga entre fajas. (Fuente: Rulmeca 2003)

Figura N° 37: Adaptación de rodillos de impacto con guirnalda a variación del desplazamiento de la carga. (Fuente: Rulmeca 2003)


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Figura N° 38-a: Rodillos desplazados por impacto de carga sobre faja. (Fuente: Rulmeca 2003)

Hay que prestar por tanto particular atención en el diseño del sistema de alimentación y de las estaciones de impacto. Habrá que tener en cuenta además que: - el impacto del material contra la banda tiene que producirse en la dirección y a la velocidad más próximas a las de la propia banda;

Figura N° 38-b: Fuerzas sobre eje tambores. (Fuente: Rulmeca 2003)

- hay que proyectar las tolvas de carga de manera que el material se deposite en la banda lo más centralmente posible;


- la altura correcta de caída del material Hc tiene que ser la mínima posible, compatible con las exigencias de las instalaciones.


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2.3.1.1.4.10.1 Cálculo de las fuerzas que actúan sobre los rodillos de impacto Se define la altura correcta de caída Hc del material con la siguiente fórmula:

Donde: Hf = altura de caída libre desde el borde de la banda superior hasta el punto de contacto del material con la tolva; Hv = altura desde el punto de contacto del material con la tolva hasta el borde de la banda inferior; γ = ángulo de inclinación de la tolva.

Se proponen a continuación dos casos significativos de elección de los rodillos de impacto. - con carga constante de material fino uniforme - con carga de material en bloques de gran tamaño.

Figura N° 40: Alturas consideradas para el diseño. (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.10.2 Carga constante de material fino uniforme. Los rodillos de impacto tienen que soportar, además de la carga del material ya depositado en la banda (como en una estación normal de ida), también el impacto del material que cae. Para material a granel, homogéneo fino, la fuerza de impacto pi, dada la altura correcta de caída Hc, se calcula con la siguiente fórmula


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Donde: IV = flujo de material en t/h (capacidad de transporte de la banda) La fuerza que actúa sólo contra el rodillo central pic, claramente es el que está sometido a mayor esfuerzo, se obtiene introduciendo el llamado factor de participación Fp. Dicho factor depende principalmente del ángulo λ de inclinación de los rodillos laterales:

Normalmente se toma: Fp = 0.65 por λ = 30° Fp = 0.67 por λ = 35° Fp = 0.72 por λ = 45° Ejemplo: Calculemos la carga sobre el rodillo central de una estación, determinada por la carga del material sobre la banda, supuestos:

Sumando a este valor la carga debida al transporte horizontal del material, obtendremos la carga total que gravita sobre el rodillo central de la estación. Se hace referencia al apartado “Elección de los rodillos” para la determinación del rodillo más idóneo.

2.3.1.1.4.10.3 Carga de material en bloques de gran tamaño. Para carga de material constituido por grandes bloques de peso individual Gm se calcula la fuerza de caída dinámica pd contra el rodillo central, que tendrá en cuenta también la elasticidad Cf de soportes y rodillos.

Donde: Gm = peso del bloque de material [Kg] Hc = altura correcta de caída [m] Cf = constante elástica del bastidor /rodillo de impacto [Kg/m]. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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La fuerza de impacto se tiene que considerar distribuida contra los dos rodamientos del rodillo central portante. El peso del bloque se puede sacar a título aproximado del gráfico de la Fig.41: nótese como con igualdad de longitud el peso depende de la forma del bloque mismo. El gráfico de la Fig.42 indica, por el contrario, las constantes elásticas de los sistemas más comunes de soporte y amortiguación (estaciones fijas de rodillos de acero, estaciones fijas de rodillos con anillos de goma, estaciones de guirnalda con soportes de diferente constante elástica) y la fuerza de impacto que resulta contra el rodillo para las diferentes energías de caída Gm x Hc. El gráfico indica, además, la carga estática requerida para los rodamientos al aumentar Gm x Hc, con factor de seguridad 2 y 1.5 El coeficiente de elasticidad depende de diferentes factores como dimensiones y tipo de goma de los anillos, longitud y peso de los rodillos, número de articulaciones de las guirnaldas, tipo y elasticidad de los elementos flexibles de los soportes de amortiguación. El cálculo de la fuerza de caída dinámica pd tendrá que prever una evaluación minuciosa de estos factores.

Ejemplo: Una carga de 100 Kg cae desde una altura Hc de 0,8 m sobre estaciones de guirnalda con rodillos de acero normal (coef. Cf hipotético 20.000 Kg/m = 200 Kg/cm). Cálculo de la energía de caída: Gm x Hc = 100 x 0.8 = 80 Kgm Cálculo mediante la tabla de la fuerza de caída dinámica: pd = 1800 Kg. Por tanto, con factores de seguridad 2 se tendrá que disponer rodamientos con una carga estática de 1800 Kg, es decir, rodillos PSV7 (rodamientos 6308; Co = 2400 Kg).


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Figura N° 41: Peso del bloque del material (Fuente: Rulmeca 2003)


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Figura N° 42: Constante elástica Cf (Fuente: Rulmeca 2003)

2.3.1.1.4.11 Otros accesorios 2.3.1.1.4.11.1 Dispositivos de limpieza Quedan ampliamente demostrados los ahorros que se derivan del uso de sistemas de limpieza eficaces de la banda, que se refieren principalmente a una reducción de los tiempos de mantenimiento de la banda y a una productividad aumentada, proporcional a la cantidad de material recuperado y a una mayor duración de las partes en movimiento. Los dispositivos adoptados para la limpieza de la banda son diferentes. Los más difundidos se pueden dividir en dos grupos: estáticos y dinámicos.


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Figura N° 44: Limpiadores de banda. (Fuente: Rulmeca 2003)

Los sistemas estáticos son de uso más difundido porque se pueden utilizar en todas las posiciones a lo largo del lado sucio de la banda. Ejercen una acción directa sobre la banda transportadora con cuchillas segmentadas. Fig. 44.

Figura N° 33: Posiciones para instalación de limpiadores de faja. (Fuente: Rulmeca 2003)

Los sistemas del tipo dinámico accionados por motor, menos difundidos y más costosos en términos de compra, instalación y puesta en servicio, están constituido por tambores o mototambores en los cuales están montados unos cepillos especiales que entran en contacto directo con la banda. Fig.45. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Figura N° 45: Limpiador de cepillos. (Fuente: Rulmeca 2003)

Otros limpiadores son los de reja o con desviador, que actuán por el lado interior del tramo de retorno de la banda.

Figura N° 33: Limpiador de banda inferior. (Fuente: Rulmeca 2003)

Se utilizan para eliminar el material depositado antes de los tambores de abrazamiento y contra-tambor o de cualquier otro punto donde el material, intercalándose entre banda y tambor, puede influir negativamente la marcha rectilínea de la banda. Fig.46.

Figura N° 47: Inversor de banda. (Fuente: Rulmeca 2003) Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.3.1.1.4.11.2 Inversión de la banda Para evitar fenómenos de adherencia de los residuos de material en los rodillos y en la base de las estaciones, por el tramo de retorno de la banda en las largas instalaciones de transporte, la banda se invierte o voltea 180° inmediatamente después del tambor motriz y a continuación se pone de nuevo en su posición originaria, antes del contra-tambor. La inversión se efectúa generalmente por medio de una serie de rodillos orientados idóneamente. La longitud mínima del tramo de inversión de la banda generalmente es igual a 14/22 veces su longitud, en función del tipo de elementos intercalados resistentes de la banda (textil o metálica) y del sistema mecánico de inversión utilizada. Los rodillos de las estaciones de retorno, gracias a este dispositivo, ya no entran en contacto con el lado portante incrustado con residuos de material.

2.3.1.1.4.11.3 Cubierta de la cinta transportadora La necesidad de proteger las cintas transportadoras puede estar dictada por el clima, por las características del material transportado (seco, ligero, “volátil”) y por el tipo de elaboración.

2.6.2 Marco Conceptual: 2.6.2.1 PRINCIPALES

PARAMETROS

DE

OPERACIÓN

DE

UNA

FAJA

TRANSPORTADORA

2.3.2.1.1 Características Generales de los Materiales Las características de los materiales son esencialmente determinantes para el diseño del sistema de transporte, puesto que la cinta seleccionada debe cumplir con los requisitos confiables de vida útil para el tipo de material a transportar. Se debe tener en cuenta las siguientes propiedades para realizar un buen diseño; el peso específico a granel, el tamaño, forma, fluidez, temperatura, abrasividad, corrosividad, adhesividad, etc. 2.3.2.1.1.1 Peso específico a granel. Relaciona el peso en toneladas métricas con el volumen en metros cúbicos del material, se expresa en T/m3.

2.3.2.1.1.2 Tamaño. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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El tamaño del trozo del material se define por la mayor dimensión del paralelepípedo en el cual puede inscribirse.

2.3.2.1.1.3. Fluidez. Como definición de Fluidez, C.E.M.A. da lo siguiente: “Propiedad de los materiales a granel, caracterizada por la libertad de la partícula o grupos de ellas para moverse libremente, cuando el material se pone en movimiento por la fuerza dela gravedad u otra cualquiera.

2.3.2.1.1.4 Cohesión. Puede decirse que la cohesión es la inversa de la fluidez; cuando mayor es esta, menor es la cohesión.

2.3.2.1.1.5 Abrasividad. Propiedad de materiales como el coke, cuarzo, escorias de horno. Dependiendo de su mayor o menor grado, puede provocar el rápido desgaste de las chapas de contacto en los tolvines de transferencia, en las bandas y en las guías de carga.

2.3.2.1.1.6 Adhesividad. Propiedad de materiales tales como arcilla humedad. Es consecuencia del grado de humedad, Requiere la instalación de rascadores especiales para lograr la limpieza de la banda; si la limpieza de la banda no es buena, el material se pega a los rodillos de retorno produciendo descentramientos de la banda.

2.3.2.1.1.7 Temperatura. Se debe tener en cuenta si la temperatura del material a transportar para así seleccionar un recubrimiento adecuado. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.3.2.1.2 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).

2.3.2.1.3 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).

2.3.2.1.4 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.

2.3.2.1.5 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 Newton-metro por segundo. La potencia empleada en un periodo de tiempo produce trabajo, permitiendo su medición en kilowatt-hora.


82



2.7 HIPÓTESIS La instalación de una Faja Transportadora Inclinada Móvil para continuar el despacho de cemento con un flujo de 28 bolsas/minuto, aun cuando no haya energía, a los camiones de los clientes de Cementos Pacasmayo S.A.A. es factible operativa, económica y técnicamente.

2.8 VARIABLES 2.5.1 Variables Independientes: Material que es transportado por la Faja Transportadora

2.8.2 Variables Dependientes: 

Tensiones en la banda



Torque sobre el eje de las poleas y polines



Energía y trabajo desarrollados por y sobre la Faja Transportadora respectivamente.



La potencia requerida para el movimiento de la Faja Transportadora.



Vida útil de los componentes de la Faja Transportadora



Conocimiento del personal involucrado en el proyecto y operadores.

2.9 DISEÑO DE EJECUCIÓN 2.6.1 Metodología 2.6.1.1 Tipo de Estudio 2.6.1.1.2 Nivel de Investigación En el presente Proyecto realizamos una descripción de manera correlativa y explicativa de cada uno de los pasos a seguir en la investigación: investigando primero las necesidades para de acuerdo a estas identificar el problema y en base a consultas bibliográficas fundamentamos los conceptos que nos llevarán a la solución del mismo.


83



2.6.1.2 Diseño de la Investigación El método a seguir en el desarrollo del Proyecto de Tesis consistirá en las siguientes etapas: 

En primer término se investigarán las necesidades de la empresa Cementos Pacasmayo S.A.A. en la continuidad de su proceso de ventas de bolsas de cemento y los factores de los cuales depende esto.



Se tomarán en cuenta los materiales existentes en el mercado.



Se realizará la consulta bibliográfica (libros, manuales, etc.).



Para una mejor exposición del tema se utilizarán tablas y figuras.

2.6.2 Población y Muestra El desarrollo de esta investigación se realizará en la Empresa Cementos Pacasmayo S.A.A., ubicada en la localidad de Pacasmayo. El estudio se ejecutará específicamente al Sistema de Despacho, como población se tomarán todos los equipos y componentes del sistema, mientras que la muestra estudiada está representada por los componentes críticos. Cabe destacar que el estudio abarcará como población humana a todo el personal que interviene en el área de despacho de bolsas de cemento a los camiones.

2.6.3 Técnicas de Investigación, Recolección y Análisis De Datos. Entre las técnicas empleadas en la recolección de datos se encuentran:

2.6.3.1 Observación Directa. Se utilizará como técnica para identificar y describir los equipos que operan en el proceso de despacho de bolsas de cemento a los camiones de los clientes, con ayuda del personal de operaciones y mantenimiento.

2.6.3.2 Entrevistas con el Personal. Dialogo o conversación, donde la información suministrada por parte de los entrevistados tanto en el área de mantenimiento y operaciones, permitirá conocer el funcionamiento de los equipos, las fallas de los equipos, las actividades que se realizan, las opiniones para la toma de decisiones, entre otros. Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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2.6.3.3 Encuestas. Se elaboraran una serie de formularios con la finalidad de que el personal pudiera expresar sus ideas, opiniones de forma precisa para contribuir con el logro de los objetivos propuestos.

2.6.3.4 Descripción. Se detallan los resultados de las observaciones realizadas, para analizar el diseño en estudio tanto en el área operacional como en el de mantenimiento, con miras a la resolución de los objetivos.

2.6.3.5 Gráficas. Se realiza el análisis e interpretación de los datos y resultados. Para ello se utilizaron Tablas, Gráficas y Figuras . 2.6.3.6 Explicación. Esclarece el porqué de la importancia de las variables dependientes durante su análisis para el desarrollo del Proyecto de Tesis.

2.6.3.7 Análisis de Criticidad. Se analizan los activos más importantes y donde es necesario mejorar los índices registrados.

2.6.3.4 Análisis e Interpretación de Resultados - Tratamiento de Datos: Se aplicará el siguiente diseño de comparación simple con los siguientes datos:

Material: - clinker de cemento (Tab. 2 Pág. 20) - peso específico: 1.2 t/m3 - tamaño de 80 a 150 mm - abrasividad: muy abrasivo - ángulo de reposo: aproximadamente: 30° Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Capacidad de transporte requerido: IV = 1000 t/h correspondientes a un capacidad de transporte volumétrica IM = 833 m3/h Características de la instalación: - distancia entre ejes: 150 m - desnivel H = + 15 m (ascendente) - inclinación = 6°~ - condiciones de trabajo: estándar - utilización: 12 horas al día.

2.6.4 Diseño de contrastación o validación - Debido al procesamiento de la información, es bibliográfica. - Simulación

3 ADMINISTRACIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 3.1 Recursos: 3.1.1 Humano: La tesis será desarrollada por Jhonny Lyndon Castañeda García estudiante de la Facultad de Ingeniería la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica – Universidad César Vallejo.

3.1.2 Materiales 

01 (una) Laptop



01 (una) Computadora de escritorio



01 (una) Impresora



1000 (mil) Hojas bond A4



Conexión para internet



Catálogos de Fabricantes de Fajas Transportadoras



Manuales de Fajas Transportadoras



Tesis Relacionadas a Fajas Transportadoras


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

Publicaciones referidas a Diseño y Fabricación de Fajas Transportadoras.

3.2 PRESUPUESTO DEL PROYECTO

PARTIDA 1. EQUIPOS Computadora 2. BIENES Planos Material de escritorio Libros y copias Materiales de impresión Servicio de anillado 3. SERVICIOS Internet Servicio de telefonía fija y móvil Otros servicios terceros

CANTIDAD

COSTO UNITARIO(S/.)

COSTO PARCIAL(S/.)

01

150

150.00

02 01 04 03 05

30 50 70 40 10

60.00 50.00 280.00 120.00 50.00

01

60

01

70

60.00 70.00

01 Total S/.

100

100.00 940.00

3.3 FINANCIAMIENTO DEL PROYECTO

El desarrollo del presente proyecto de tesis no estará patrocinado por ninguna institución, así mismo no tendrá entidades cooperantes, es por ello que será autofinanciado a lo largo de todo su desarrollo por EL ESTUDIANTE.


87



3.4 CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN

TIEMPO (MESES)

Nº

ACTIVIDADES

1 1

Reunión de coordinación

2

Determinación del nombre del proyecto

3

Planteamiento del problema

4

Justificación

5

Antecedentes y objetivos

6

Marco teórico

7

Metodología de investigación. Tipos y diseño de investigación. Hipótesis

8

Población, muestra y muestreo

9

Técnicas de recolección de datos

10

Aspectos administrativos

11

Presentación del proyecto

12

Revisión del proyecto

13

Entrega proyecto corregido

14

Sustentación del proyecto


Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Semanas

Semanas

Semanas

Semanas

2

3

88

4 1 2

3

4

1

2 3 4

1


2

3

4


4. Referencias Bibliográficas 4.1 Libros: Autor:

Fitzgerarld

Libro:

Mecánica de Materiales

Editorial:

Alfa Omega

Edición:

1996

Autor:

Shigley

Libro:

Diseño de Elementos de Máquinas

Edición :

4a 1985

Autor:

Sports

Libro:

Diseño de Elementos de Máquinas

Edición:

6a 1990

4.2 Manuales: Autor: Marks Manual: Manual del Ingeniero Mecánico Edición: 1990

Manual: Gates Edición: 1991

Manual: Martín Edición: 1998

Manual: Manual de (a Compañía Vickers. Edición: 1985


89



4.3. Páginas web. www.wikipedia.org/ www.mantenimiento mundial.com www.plant-maintenance.com


90



Ejemplo de diseño de una cinta transportadora Para aclarar el argumento relativo a las tensiones críticas de la cinta en las diferentes secciones de la cinta transportadora se propone un ejemplo de diseño.

Los datos relativos al material a transportar y sus características físico/químicas son los siguientes:

Material: - clinker de cemento (Tab. 2 Pág. 20) - peso específico: 1.2 t/m3 - tamaño de 80 a 150 mm - abrasividad: muy abrasivo - ángulo de reposo: aproximadamente: 30°

Capacidad de transporte requerido: IV = 1000 t/h correspondientes a un capacidad de transporte volumétrica IM = 833 m3/h Características de la instalación: - distancia entre ejes: 150 m - desnivel H = + 15 m (ascendente) - inclinación = 6°~ - condiciones de trabajo: estándar - utilización: 12 horas al día.

A la luz de los datos proporcionados, calcularemos: velocidad, ancho de la banda, forma y tipología de la estaciones de la banda transportadora. Definiremos además: las tensiones de la banda en las diferentes secciones críticas, la potencia absorbida y el tipo de banda.


91



Velocidad y ancho de la banda De la Tab. 3 (pág. 23) se deduce que el material en cuestión forma parte del grupo B y dado su tamaño 80/150 mm se deriva que la velocidad máxima aconsejada resulta ser de 2,3 m/seg.

Según la Tab. 5 (pág. 26-30) se evalúa cuál es la forma de estación portante, dada la velocidad acabada de determinar, que cumpla con el capacidad de transporte volumétrica IM requerida de 833 m3/h. Para obtener este resultado se calcula la capacidad de transporte volumétrica IVT (para la velocidad v = 1 m/s) dada la inclinación de la banda transportadora δ = 6°.

En donde: IM = capacidad de transporte volumétrica v = velocidad de la banda K = coeficiente de corrección debido a la inclinación 6°: 0,98 (diagrama Fig. 8 pág. 31). K1 = coeficiente de corrección para la irregularidad de alimentación: 0,90 (pág. 31) Sustituyendo tendremos:

Dado el ángulo de reposo del material que se examina de 30° aprox., de la Tab. 1 pág. 19 se deduce que el ángulo de sobrecarga se tiene que estabilizar alrededor de los 20°.

Por tanto, eligiendo en la Tab. 5 una estación portante de tres rodillos con ángulo de apertura de los rodillos laterales λ = 30°, el ancho de la banda que cumple con una capacidad de transporte IVT de 410 m3/h a 1 m/s, resulta ser de 1000 mm.

Paso de las estaciones Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

92



El paso se elige en función de la flexión de la banda entre dos estaciones portantes consecutivas.

La Tab. 6 pág 34 permite determinar el paso máximo de las estaciones, en función del ancho de la banda y del peso específico del material a transportar.

Habrá que controlar luego que la flecha no supere el 2% del paso.

Una flecha de flexión mayor originaría durante el movimiento de la banda deformaciones de la masa del material, y por tanto rozamientos más elevados.

Esto determinaría un mayor trabajo: por tanto una mayor absorción de potencia, esfuerzos anómalos tanto por parte de los rodillos como de la banda así como un desgaste prematuro de su revestimiento.

En nuestro ejemplo, dado un ancho de la banda de 1000 mm con peso específico del material 1,2 t/m3, la tabla indica que: - para las estaciones portantes de ida el paso aconsejado es de 1,2 m - para las estaciones de retorno el paso aconsejado es de 3,0 m.

Elección de los rodillos De la Tab. 16 pág. 49 con una banda de 1000 mm y una velocidad de 2,3 m/seg. elegimos rodillos con un diámetro de 108 mm.

Determinamos ahora la carga que gravita sobre los rodillos de ida y de retorno.

Suponiendo que se utiliza una banda con clase de resistencia igual a 315 N/mm, con revestimiento de espesor 4 + 2 que da un valor qb de 9,9 Kg/m, tendremos: - para los rodillos de ida la carga estática será:


93



La carga dinámica será:

donde: Fd = 1,03 según tabla 20, pág. 51 Fs = 1,10 según tabla 18, pág. 51 Fm = 1 según tabla 19, pág. 51 La carga sobre el rodillo central de las estaciones de ida viene dada por:

donde según la Tab. 17 pág. 50 el factor de participación con estación 30° Fp = 0,65

- para los rodillos de retorno la carga estática será:


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La carga dinámica será:

donde: Fv = 0,97 factor de velocidad (se ha considerado el correspondiente a 2,5 m/seg. véase Tab. 21, pág.51)

Eligiendo la estación de retorno plana tendremos que la carga sobre el rodillo de retorno será:

donde según la Tab. 17 el factor de participación con estación plana Fp = 1. Podremos luego elegir para una banda de 1000 mm los rodillos de ida y de retorno: (véase cap. 2) - rodillos portantes para la ida tipo PSV/1, Ø 108 mm, con rodamientos 6204 de longitud C = 388 mm con una capacidad de carga de 148 kg que cumple con la capacidad de transporte requerida de 113,2 kg; - rodillos para la retorno tipo PSV/1, Ø 108 mm, con rodamiento 6204 de longitud C = 1158 mm con una capacidad de carga de 101 kg que cumple con el capacidad de transporte requerida de 31,2 kg.


95



Esfuerzo tangencial y potencia absorbida Determinamos ahora el esfuerzo tangencial total Fu en la periferia del tambor motriz obteniendo los valores qRO , qRU and qG. Dados: D =108 diámetro de los rodillos f =0,017 coeficiente de rozamiento interior del material y de los elementos giratorios (Tab. 9 pág. 38) Cq = 1,5 coeficiente de las resistencias fijas (Tab. 7 pág. 38) qb = 9,9 Kg/m ( Utilizamos una banda clase de resistencia 315 N/mm con revestimiento de espesor 4+2) (Tab. 10 pág. 39) Ct = 1 coefficient of passive resistance given by the temperature (para qRO - qRU véase Tab. 10 pág. 39)

El esfuerzo tangencial total Fu viene dado por la suma algebraica de los esfuerzos tangenciales Fa y Fr correspondientes a los tramos de banda superior e inferior por lo que: Fu = Fa + Fr [daN] Fa = [ L x Cq x f x Ct ( qb + qG + qRO ) + H x ( qG + qb ) ] x 0,981 [daN] Fa = [150x1,5x 0,017x 1 (9,9+120,8+14,8)+15 x (120,8+9,9)]x 0,981 = 2469 Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

96



Fr = [ L x Cq x f x Ct ( qb + qRU ) - ( H x qb ) ] x 0,981 [daN] Fr = [150 x 1,5 x 0,025 x 1 (9,9 + 4,4) - (15 x 9,9)] x 0,981 = - 92 Fu = Fa + Fr = 2469 + ( - 92 ) = 2377 . Hipotéticamente una eficacia del reductor y de eventuales transmisiones η = 0,86. La potencia necesaria para el motor en kW será :

Tensiones T1 - T2 - T3 - To -Tg Suponiendo que se proyecta la cinta transportadora accionada por un único mototambor revestido de goma y situado en la cabeza, dotada de tambor de inflexión que permita un ángulo de abrazamiento de 200° y dispositivo de tensión con contrapeso situado en la cola de la cinta transportadora.

Según la Tab. 12 (pág. 41) se determina el factor de abrazamiento Cw = 0,42.

La tensión después del tambor motriz vendrá dada por: T2 = Fu x Cw [daN] T2 = 2377 x 0,42 = 998 La tensión máxima después del tambor motriz será: T1 = Fu + T2 [daN] T1 = 2377 + 998 = 3375 Mientras que la tensión después del tambor de retorno es: T3 = T2 + Fr [daN] T3 = 998 - 92 = 906 Para obtener la flecha de flexión máxima entre dos estaciones portantes consecutivas igual al 2%, aplicaremos la siguiente fórmula: T0 = 6,25 ( qb + qG ) x a0 x 0,981 [daN] T0 = 6.25 x (120,8 + 9,9) x1,2 x 0,981 = 961 Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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La tensión T3 es menor que la T0 por lo que habrá que utilizar un contrapeso dimensionado para obtener la tensión T0. Hay que asumir por tanto que T3=T0 y como consecuencia, habrá que calcular de nuevo las tensiones T2 y T1: T2 = 1053 [daN] T3 = 3430 [daN]. Determínese ahora la tensión “Tg” de la banda en el punto de situación del dispositivo de tensión.

El diseño de la instalación prevé un dispositivo de tensión de contrapeso, situado en la cola de la cinta transportadora.

La carga Tg del contrapeso necesario para mantener el sistema en equilibrio viene dado por: Tg = 2 x T3 [daN] Tg = 2 x 961 = 1922

Elección de la banda Dada la máxima tensión de trabajo del transportador T1 = 3375 daN. La tensión unitaria de trabajo de la banda “TUmax” por mm de ancho viene dada por:


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La carga de rotura de la banda corresponderá a la carga de trabajo multiplicada por un factor de seguridad “8” para bandas reforzadas con elementos metálicos y “10” para bandas reforzadas con productos textiles. En nuestro caso elegiremos una banda de resistencia igual a 400 N/mm.

Debido a que esta resistencia de la banda es mayor que la elegida en los datos originales de este cálculo (315 N/mm), el peso de la banda es también mayor y, en consecuencia, tenemos que calcular de nuevo T1 y T2. De todos modos, las tensiones resultantes son menores que T1 y T2 anteriores, por lo que se harán los siguientes cálculos utilizando T2 = 1053 [daN] T3 = 3430 [daN].

Diámetro del eje del tambor motriz Supongamos que se utiliza un motorreductor para accionar la cinta transportadora que se está estudiando.

Datos del tambor motriz: D = 400 mm diámetro (según Tab.13) qT = 220 daN peso del tambor n = 110 rev./min. ag = 0,180 m distancia entre soporte y brida tambor Determinamos la resultante Cp de las tensiones y del peso del tambor (supuesto para mayor sencillez T e qT perpendiculares entre sí)

El momento de flexión será:

El momento de torsión será: Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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Se determina ahora el momento ideal de flexión:

Tendremos como consecuencia que el módulo de resistencia W vale, supuesto σamm 7,82 daN/mm2 para acero C40 Templado

De donde obtendremos el diámetro del eje del tambor motriz:

El diámetro del eje en los asientos del rodamiento se calculará de acuerdo con la fórmula arriba indicada, o el inmediatamente superior disponible para los rodamientos.

El diámetro del eje dentro del soporte y/o dentro del tambor (normalmente el diámetro del eje sin mecanizar) se determina mediante las fórmulas descritas en el párrafo “Límites de deflexión y ángulos para tambores motores y de retorno” en la página 47, y en este caso el diámetro del eje sin rebajar es 120 mm.

Diámetro del eje del contra-tambor Datos del tambor: D = 315 mm diámetro (según Tab. 13) qR = 170 daN peso del tambor ag = 0,180 m distancia entre soporte y brida tambor Determinamos la resultante Cpr de la tensión y del peso del tambor (supuesto para mayor sencillez T3 e qT perpendiculares entre sí)


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El momento de flexión será:

Tendremos como consecuencia que el módulo de resistencia W vale, supuesto σamm 7,82 daN/mm2 para acero C40 Templado

de donde obtendremos el diámetro del eje del tambor motriz:

El diámetro del eje en los asientos del rodamiento se calculará de acuerdo con la fórmula arriba indicada, o el inmediatamente superior disponible para los rodamientos.

El diámetro del eje dentro del soporte y/o dentro del tambor (normalmente el diámetro del eje sin mecanizar) se determina mediante las fórmulas descritas en el párrafo “límites de deflexión y rotación”, y en este caso el diámetro del eje sin rebajar es 95 mm.

Conclusiones Se han obtenido así, con pasos sucesivos, los datos característicos correspondientes a los componentes de la cinta transportadora que se resumen como sigue: - la velocidad de transporte del material definida es de v = 2,3 m/s - la estación portante de tres rodillos con λ = 30° - estación inferior con rodillo plano - ancho de la banda 1000 mm con carga de rotura 400 N/mm - paso de las estaciones portantes 1,2 m Diseño de una Faja Transportadora Móvil Inclinada para despacho de 28 bolsas de cemento/minuto

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- paso de las estaciones inferiores 3 m - rodillos portantes de ida serie PSV/1 Ø 108 mm C=388 mm - rodillos para el retorno serie PSV/1 Ø 108 mm C=1158 mm - potencia necesaria para accionar la cinta transportadora 64 kW - flexión de la banda entre dos estaciones portantes < 2% - tambor motriz D = 400 mm, Ø eje100 mm (en correspondencia con los soportes) - contra-tambor D = 315 mm, Ø eje 65 mm (en correspondencia con los soportes)

Se puede considerar el empleo de un cabezal motriz tradicional (tambor motriz + reductor + órganos de contra-tambor) o de un mototambor. En este último caso se podrá elegir, en el catálogo específico, el tipo TM801 de 75 kW con un eje de 120 mm de diámetro


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Proyecto de Tesis - Presentacion Jhonny Castañeda García

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