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HISTORIA
El transporte de material mediante
cintas transportadoras, data de
aproximadamente el año 1795. La mayoría
de éstas tempranas instalaciones se
realizaban sobre terrenos relativamente
plano, así como en cortas distancias.
El primer sistema de cinta
transportadora era muy primitivo y
consistía en leather, canvas, or rubber
belt traveling over a flat or troughed
wooden bed. Éste tipo de sistema no fue
calificado como exitoso, pero provocó
incentivar a los ingenieros para
considerar los transportadores como un
rápido, económico y seguro método para
mover grandes volúmenes de material de
una locación a otra.
Durante los años ’20, la instalación de la compañía H. C.
Frick, demuestra que los transportadores de cinta pueden
trabajar sin ningún problema en largas distancias. Ésta
instalación se realizó bajo tierra, desde una mina
recorriendo casi 8 kilómetros. La cinta transportadora
consistía de múltiples pliegues de algodón de pato con
cubierta de goma natural, que eran los únicos materiales
utilizados en esos tiempos para su fabricación. Although
outmoded by today's standards, los sistemas de manejo de
éstos materiales son seleccionados de preferencia para
trabajo pesado, lo cual permite realizar una mejor
elección.
Durante la Segunda Guerra Mundial, los componentes
naturales de los transportadores se volvieron muy escasos,
permitiendo que la industria de goma se volcara a crear
materiales sintéticos que reemplazaran a los naturales. La
ventaja básica de los transportadores de cinta sobre otros
tipos de transporte (como lo son camiones, trenes,
transporte aéreo, etc.) es su variada aplicabilidad a los
diferentes requerimientos de la industria. Diferentes
estudios indican que hoy, los transportadores de cinta se
han convertido en el primer método utilizado para el
transporte de material.
CAPACIDAD
Las cintas transportadoras no
tienen competencia en cuanto a
capacidad de transporte. A una
velocidad de 5 m/s, y un ancho
de cinta de 1600mm, ésta puede
descargar más de 100 toneladas
métricas por minuto de
material, esto quiere decir
1000Kg/m3 de material.
ADAPTACIÓN A LOS DIFERENTES TERRENOS
Los transportadores pueden
seguir la naturaleza
ordinaria del terreno,
debido a la habilidad que
poseen para atravesar
pasos relativamente
inclinados (pendientes y
gradientes, de hasta 18º,
dependiendo del material
transportado). Con el
desarrollo de tensiones
elevadas, materiales sintéticos y/o miembros reforzados de
acero, un tramo del transportador puede extenderse por
millas de terreno con curvas horizontales y verticales sin
ningún problema.
UNA CAMA DE CAMINO
El sistema de transportadores de
cintas opera en su propia cama de
rodillos, los cuales requieren un
mínimo de atención. Su reparación o
reemplazo, es simple y fácil, y el
costo de su mantención rutinaria es
mínimo.
BAJO PESO DE LA ESTRUCTURA DEL TRANSPORTADOR
El bajo peso de carga y de la estructura del transportador
por metro lineal se consigue con un diseño estructural
simple que permita atravesar terrenos escabrosos o
pendientes muy pronunciadas. La estructura del
transportador requiere una pequeña excavación, permitiendo
el afianzamiento a tierra de ésta, de la forma que se
estime como la más conveniente. Debido a que la estructura
es compacta, requiere un mínimo de protección.
MULTIPLES COMPUERTAS Y PUNTOS DE DESCARGA
Estas características son
importantes en la minería o en
excavaciones, en donde dos o más
operaciones de cavado pueden
dirigirse a un mismo punto
central de carga. En el final de
la descarga, el material puede
ser disperso en diversas
direcciones desde la línea
principal. El material también puede ser descargado en
cualquier punto a lo largo del transportador mediante la
maquinaria complementaria para éste efecto.
EXTENSIÓN Y MOVILIDAD
Las líneas
modulares de los
transportadoras
de cintas, pueden
ser extendidos,
acortados o
reubicados con un
mínimo de
trabajo y
tiempo.
CONTROL
El diseño propio de los
sistemas de transportadores,
ha requerido reducir el
control a botones de
accionamiento en los
diferentes tramos del transportador, y que además pueden
ser controlados desde estaciones permanentes de control.
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE CINTAS.
INTRODUCCIÓN
Muchos ingenieros y diferentes usuarios de los
transportadores de cinta, están familiarizados con la
teoría y los fundamentos de la transmisión por correa. Un
análisis de los aspectos generales de los transportadores
de cintas, permite determinar que la transmisión por correa
provee de una base para el diseño de los transportadores de
cintas y elevadores de cintas. En ambos transportadores la
transmisión por correa, es transmitida por fricción entre
la cinta y los tambores o poleas de accionamiento.
Ciertamente otros elementos del diseño, que también
colaboran con el sistema de transmisión, son determinantes
tanto en la potencia de la transmisión como en la cantidad
de material transportado. La similitud entre ambos casos
permite analizar y discutir si los fundamentos del diseño
de cintas están restringidos específicamente tanto a los
transportadores como elevadores.
DEFINICIONES
Tensión en una correa es una fuerza actuando a lo largo
de la cinta, tendiendo a elongarla. La tensión de la
correa es medida en Newtons. Cuando una tensión es
referida a una única sección de la cinta, es conocida
como una tensión unitaria y es medida en Kilonewtons por
metro (kN/m).
Torque es el resultado de una fuerza que produce
rotación alrededor de un eje. El torque es el producto
de una fuerza (o tensión) y de la extensión del brazo
que se esté utilizando y es expresado en Newton por
metro (N*m).
Energía y trabajo están relacionados muy cercanamente
debido a que ambos son expresados en la misma unidad. El
trabajo es el producto de una fuerza y la distancia a
recorrer. La energía es la capacidad de ejecutar un
trabajo. Cada uno es expresado en Joules, en el que un
Joule equivale a un Newton-metro. La energía de un
cuerpo en movimiento es medida en Joules.
La potencia es la relación entre la realización de un
trabajo o transmisión de energía. La unidad mecánica de
potencia es el watt, que es definido como un Newton-
metro por segundo.
La potencia empleada en un periodo de tiempo produce
trabajo, permitiendo su medición en kilowatt-hora.
CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO
a) TENSIÓN.
Una cinta transportadora es simplemente un medio para
llegar a un fin, un medio para el transporte de material
desde un comienzo A, hasta un punto final B.
Para efectuar el trabajo de mover material desde A hasta B,
la correa requiere potencia que es proporcionada por un
tambor motriz o una polea de conducción. El torque del
motor transforma en fuerza tangencial, llamada también
tensión efectiva, a la superficie de la polea de
conducción. Éste es el “tirón” o tensión requerida por la
correa para mover el material de A a B, y es la suma de lo
siguiente:
La tensión debe vencer la fricción de la correa y de
los componentes en contacto con ella.
La tensión debe vencer la fricción de la carga, y
La tensión debe aumentar o disminuir debido a los
cambios de elevación.
b) FLEXIBILIDAD.
Las figuras a y b, ilustran que la correa debe ser
diseñada con una suficiente flexibilidad transversal en la
zona de carga propiamente tal.
Para una cinta transportadora vacía, la cinta debe hacer
suficiente contacto con el centro de los rollos de los
polines o no funcionará correctamente. En la figura a, la
correa es demasiado tiesa para hacer contacto con el centro
de los rollos y, por esto, se aumentan las posibilidades
de causar daño considerable a los bordes de la cinta.
En la figura b, el contacto es suficiente como para guiar
la cinta a lo largo de los polines.
Cuando el diseño de la cinta indica restricciones de carga,
éstos deben ser respetados y chequeados, mediante sistemas
que que eviten la sobrecarga, como lo sería una carcaza
protectora. Para cada material a transportar, existen
valores referenciales establecidos de carga, así como
métodos para el cálculo de éstos.
Figure a) Cinta tiesa, trabajo inapropiado. Figure b) Cinta flexible, trabajo apropiado.
c) OTRAS CONSIDERACIONES.
La mayoría de los transportadores son relativamente
simples en diseño y bajos en tensión. Sin embargo, como los
transportadores han pasado a ser más extensos, más
complejos y han aumentado su tensión, la investigación se
torna primordial para poder obtener ventajas industriales,
y ésta generalmente se realiza en uno o más de los
siguientes puntos:
1. Aceleración y roturas, problemas de tensión.
2. Costo en tiempo y distancia.
3. Curvas verticales y terrenos irregulares.
4. Trough to flat transition distances.
5. Cambios de longitud.
6. Problemas en las dos poleas conductoras.
7. Múltiples perfiles de los transportadores.
8. Graduar el espacio entre polines.
DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CINTAS
TRANSPORTADORAS.
Transportador es un elemento o maquinaria de carácter
preferentemente electromecánico, destinado a trasladar
productos o materias primas entre dos o más puntos,
alejados entre sí, ubicados generalmente, dentro de una
misma planta elaboradora.
Uso de los transportadores.
Los principales usos de los transportadores se dan
mayormente en la minería, construcción, industria
alimenticia, industria motriz entre otros.
Tipos de transportadores.
Existen variados tipos de transportadores, y una
variación de los mismos, pero los principales que podemos
nombrar son:
Cinta transportadora.
Elevador de capachos.
Tornillo helicoidal.
Figura esquemática de los componentes de una cinta
transportadora.
Componentes de una cinta transportadora
Definición de componentes pertenecientes a las cintas
transportadoras:
a) Estructura soportante: la estructura soportante de una
cinta transportadora está compuesta por perfiles
tubulares o angulares, formando en algunos casos
verdaderos puentes que se fijan a su vez, en soportes o
torres estructurales apernadas o soldadas en una base
sólida.
b) Elementos deslizantes: son los elementos sobre los
cuales se apoya la carga, ya sea en forma directa o
indirecta, perteneciendo a estos los siguientes;
Correa o banda: la correa o banda propiamente tal, que
le da el nombre a éstos equipos, tendrá una gran
variedad de características, y su elección dependerá
en gran parte del material a transportar, velocidad,
esfuerzo o tensión a la que sea sometida, capacidad
de carga a transportar, etc.
Polines: generalmente los transportadores que poseen
éstos elementos incorporados a su estructura básica
de funcionamiento, son del tipo inerte, la carga se
desliza sobre ellos mediante un impulso ajeno a los
polines y a ella misma.
c) Elementos motrices: el elemento motriz de mayor uso en
los transportadores es el del tipo eléctrico, variando
sus características según la exigencia a la cual sea
sometido. Además del motor, las poleas, los engranajes,
el motorreductor, son otros de los elementos que
componen el sistema motriz.
c) Elementos tensores: es el elemento que permitirá
mantener la tensión en la correa o banda, asegurando el
buen funcionamiento del sistema.
d) Tambor motriz y de retorno: la función de los tambores
es funcionar como poleas, las que se ubicaran en el
comienzo y fin de la cinta transportadora, para su
selección se tomarán en cuenta factores como: potencia,
velocidad, ancho de banda, entre otros.
CÁLCULOS GENERALES DE UNA CINTA TRANSPORTADORA.
1. CUBICACIÓN DEL MATERIAL.
2. CÁLCULO DE LA HOLGURA DE LA BANDA.
La holgura de la banda se ubica en los costados de la
banda (en figura aparece como D), ésta permite tener
un margen de espacio utilizado para impedir que el
material a transportar rebalse.
D = 0,055xB + 0,9pulg.
Siendo: D= holgura de la banda (plg.)
= ancho de la banda (plg.)
3. CÁLCULO DEL ANCHO PLANO DE LA BANDA (material).
El ancho plano de la banda es donde se ubicará el material
al ser transportado.
Siendo: = ancho de la banda (plg.)
4. CÁLCULO DEL ÁREA DEL MATERIAL A TRANSPORTAR.
Siendo: = área del material (m2)
= altura del material (m)
= base del material (m)
5. CÁLCULO DE LA CINTA COMPLETAMENTE CARGADA.
Siendo: = cinta completamente cargada (m3)
= largo de la cinta (m)
= área del material (m2)
6. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD NECESARIA.
Para el cálculo de la velocidad necesaria, deberemos tener el dato de la capacidad volumétrica de nuestra cinta transportadora. Dato que por lo demás siempre es conocido ya que es la cantidad de material a descargar por hora.
Primero calcularemos la velocidad en número de veces
que la cinta deba ser llenada o cargada.
Siendo: = número de veces que la cinta debe ser
cargada por hora.
= capacidad (m3)
= volumen total (m3)
Ahora se calculará la velocidad en m/h.
Siendo:
= velocidad (m/h)
= número de veces que la cinta debe ser
cargada por hora.
= largo de la cinta (m)
Para efectos de cálculo la velocidad deberá ser trabajada en m/s, por lo tanto se realizará la conversión necesaria.
7. CÁLCULO DEL PESO A TRANSPORTAR.
El cálculo del peso a transportar nos permitirá
obtener la capacidad que deberá transportar nuestra cinta
en toneladas/hora.
Siendo:
= peso a transportar (ton/h)
= peso específico material (Kg/m3)
= capacidad volumétrica cinta por hora (m3/h)
= coeficiente corrección de concavidad y
sobrecarga.
= coeficiente corrección de inclinación.
Para el coeficiente Z1, es posible obtener su valor
mediante el conocimiento del ángulo de sobrecarga dinámica
del material a transportar.
En cuanto al coeficiente Z2, su nombre claramente lo
indica siendo éste, el valor angular de inclinación de la
cinta transportadora.
Ambos valores Z1 y Z2, pueden ser extraídos del texto
“PIRELLI, manual para la construcción de cintas
transportadoras”.
8. DEFINICIÓN Y SELECCIÓN DE POLINES.
a) Polines de carga: el polín de carga de mayor
utilización es el de tres rodillos de un mismo largo, con
una inclinación de rodillos usualmente de 20º, 35º, o 45º.
Al mismo tiempo, los polines de 20º son los más utilizados
en la mayoría de los casos, con los polines de 35º y 45º,
usualmente son utilizados sólo con granos y materiales
livianos. Sin embargo, más recientemente los polines de
ángulos mayores, especialmente los de 35º, están siendo
utilizados con mayor frecuencia en diferentes aplicaciones
dentro de las industrias. Las dos principales razones para
el uso de los polines de ángulos mayores (35º y 45º) son
para obtener una mayor capacidad de transporte y mayor
control sobre el derrame de material, especialmente en
inclinaciones. Generalmente en la construcción de cintas
transportadoras se selecciona el polin de menor ángulo
debido a que se proporciona mayor manejo sobre el material
con un mínimo control de derrame de éste.
La siguiente figura muestra un polin de carga estándar, que
permite la selección de éste conociendo sus dimensiones,
sin duda alguna la selección del polín deseado se podrá
realizar con cualquier catálogo de polines que entregue los
datos técnicos necesarios para ello.
ANCHO
CORREA
MODELO
A
B
C
D
G
H
PESO
(KG) DIÁMETRO RODILLO
b) Polines de impacto: los polines de impacto se encuentran
en variados modelos, y su diseño está adaptado para el
impacto que se produce en la recepción del material, su
ángulo de inclinación será el mismo del polin de carga,
permitiendo una uniformidad en el transporte.
La siguiente figura muestra al igual que la anterior
los datos técnicos necesarios para la selección del polin
de impacto.
ANCHO
CORREA
MODELO
A
B
C
F
G
H
PESO
(KG) DIÁMETRO RODILLO
c) Polines de retorno: los polines de retorno como su
nombre lo indica, permiten el retorno de la banda mediante
el apoyo de ésta.
La siguiente figura muestra al igual que las
anteriores los datos técnicos necesarios para la selección
del polin de retorno.
ANCHO
CORREA
MODELO
A
C
D
G
PESO
(KG) DIÁMETRO RODILLO
9. CÁLCULO DE LA DISTANCIA ENTRE POLINES.
Para la determinación de la distancia entre polines, se
utilizará la siguiente tabla la cual nos entrega el
espacio recomendado entre polines de:
ESPACIO SUGERIDO DE RODILLOS DE CARGA Y DE RETORNO
PESO DEL MATERIAL EN LB/PIE3
ANCHO DE
BANDA PLG.
RODILLOS DE
RETORNO35 50 75 100 125 150
14182430364248546072
51/251/2555
41/241/241/244
55
41/241/241/241/2444
31/2
55
41/241/2444
31/231/231/2
55444
31/231/231/233
41/241/244
31/231/231/2333
41/241/244
31/23333
21/2
101010101010
9 a 109 a 109 a 109 a 10
FUENTE: EUZKADI
Cabe destacar que la distancia sugerida entre rodillos
puede variar dependiendo del criterio del diseñador.
10. DETERMINACIÓN DE LA ALTURA A TRANSPORTAR EL MATERIAL.
Para la determinación de la altura, dato necesario
para el cálculo de la potencia motriz, sólo deberemos
aplicar trigonometría básica, siendo el resultado de ésta
el valor a utilizar.
Para aquellos casos en que la cinta tenga una
inclinación de 0º o inferior, éste valor deberá ser
omitido.
11. CÁLCULO DE LA POTENCIA EN EL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo:
= potencia tambor motriz. (Kw)
= factor en función del largo de cinta.
= factor de rozamiento.
L= largo de la cinta.(m)
= peso de la banda.(Kg/m)
= peso de los polines de carga.(Kg/m)
= peso de los polines de retorno.(Kg/m)
= peso da transportar.(Tons/h)
= velocidad.(m/s)
= altura a transportar el material.(m)
= recargo.(Kw)
Los factores C4 y pueden ser extraídos del catálogo
“TRANSILON, bandas transportadoras y para
procesamientos”.
12. CÁLCULO DE LA POTENCIA MOTRIZ NECESARIA.
Siendo:
= potencia motriz necesaria. (Kw)
= potencia tambor motriz. (Kw)
= rendimiento (89% = 0.89).
Con el cálculo de la potencia motriz necesaria podemos realizar la selección de nuestro motor mediante catálogo. 13. CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA.
El cálculo realizado anteriormente, (potencia motriz
necesaria), nos permitió realizar la selección del motor que vamos a utilizar, éste motor nos entregará una potencia diferente a la obtenida por cálculo (generalmente mayor), por esto se debemos calcular la potencia efectiva de éste motor dada por la siguiente fórmula.
Siendo:
= potencia efectiva. (Kw)
= potencia entregada por el motor. (Kw)
= rendimiento (89% = 0.89).
14. CÁLCULO DE LA FUERZA PERIFÉRICA EN EL TAMBOR.
Siendo:
= fuerza periférica en el tambor. (N)
= potencia efectiva. (Kw)
= velocidad. (m/s)
15. CÁLCULO DE LA TENSIÓN MÁXIMA EN LA BANDA.
Siendo:
= tensión máxima en la banda. (N)
= fuerza periférica en el tambor. (N)
= factor en función del ángulo de
abrazamiento, y tipo de tambor.
Siendo:
= factor en función del tipo de correa.
= tensión máxima en la banda. (N)
= ancho de la banda. (mm)
Para éste cálculo debe cumplirse que
Los factores C1 y C2 pueden ser extraídos del catálogo
“TRANSILON, bandas transportadoras y para procesamientos”.
16. DETERMINACIÓN DE LA DISTANCIA DE TRANSICIÓN.
17. CÁLCULO DEL DIÁMETRO MÍNIMO DEL TAMBOR DE
ACCIONAMIENTO.
Siendo:
= diámetro mínimo del tambor. (mm)
= potencia efectiva. (Kw)
= velocidad. (m/s)
= ángulo de abrazamiento. (º)
= ancho de la banda. (mm)
el resultado obtenido por cálculo puede ser comparado
con los diámetros recomendados en diferentes catálogos de
cintas, que según las especificaciones antes obtenidas
permiten una selección con mayor rapidez, lo ideal es que
ambos datos (catálogo y calculado), se aproximen en su
valor.
18. CÁLCULO DEL NÚMERO DE REVOLUCIONES DEL TAMBOR DE
ACCIONAMIENTO.
Siendo:
= revoluciones del tambor de
accionamiento. (1/min)
= velocidad. (m/s)
= diámetro tambor seleccionado. (mm)
19. CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE REDUCCIÓN.
Siendo:
= relación de reducción.
= revoluciones por minuto de
entrada. (1/min)
= revoluciones por minuto de
salida. (1/min)
20. CÁLCULO DEL TORQUE EN EL EJE DEL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo:
= torque en el eje del tambor motriz. (Kp*m)
= potencia. (HP)
= revoluciones por minuto de salida. (rpm)
Con los datos de relación de reducción ( ), y torque
en el eje del tambor motriz ( ), podemos realizar la
selección del motorreductor que más se acerque a las
especificaciones calculadas.
21. CÁLCULO DEL DIÁMETRO DEL EJE DEL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo:
= momento de inercia. (cm4)
= momento torsor. (Kg/cm)
= longitud eje. (cm)
= ángulo de torsión permisible. (rad)
= modulo de elasticidad del acero. (Kg/cm2)
Para obtener el diámetro del eje debemos recordar que
para el cálculo del momento de inercia podemos utilizar
diferentes fórmulas, es así como el diámetro estará dado
por la siguiente ecuación:
Por despeje tenemos que el diámetro será igual a:
Siendo:
diámetro del eje. (cm)
= momento de inercia obtenido en la fórmula
anterior. (cm4)
22. CÁLCULO DE LA SUJECIÓN DEL MOTOR.
mediante despeje tenemos:
Siendo:
= momento. (Kp*m)
= potencia. (HP)
= revoluciones por minuto de salida. (rpm)
