DISEO DEL TORNILLO HELICOIDAL PARA EL TRANSPORTE DE AZUCAR
DISEO DEL TORNILLO HELICOIDAL PARA EL TRANSPORTE DE
AZUCARUNPRG
DISEO DEL TORNILLO HELICOIDAL PARA EL TRANSPORTE DE AZUCAR
CURSO : DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINA II
DOCENTE :ING. RICARDO RODRIGUES PAREDES.
ALUMNOS:SILVA OLIVERA CESARFUENTES ACUA FREDDY ODAR GUERRERO
MAYKOOL ELVIS CAUSHA
CICLO:2014-I
INTRODUCCION
El presente trabajo tiene como finalidad el diseo de un tornillo
transportador el cual en la actualidad sirve como un medio de
transporte de masas de costos bajos o econmicos con respecto a
otros tipos de transportadores.
La aplicacin de este tornillo helicoidal lo hemos tomado en una
planta azucarera en concreto de la Empresa Agroindustrial Pucal
S.A., la encontramos en la zona de produccin especficamente en la
salida de los clarificadores.
Su uso se da ms que todo por su gran versatilidad y facilidad de
instalacin a la vez que se puede instalar en cualquier tipo de
ambiente y espacio. Con todos estos beneficios se demostrar la
conveniencia de su uso con respecto a costos y facilidades que
posee.
I.- OBJETIVOS
Disear un tornillo transportador que sea eficaz y muy econmico
con facilidad de montaje.
Lograr que el diseo satisfaga los requerimientos del cliente;
para que el producto sea de buena calidad.
II.- DESCRIPCIN DEL PROCESO PRODUCTIVO
2.1 CARACTERISTICAS DEL PROCESO DEL AZUCAR:La Caa de azcar es
una planta gramnea tropical que mediante la disminucin de la
humedad (supresin de riego mediante agoste) se acelera el proceso
de maduracin o secamiento del follaje en la parte superior del
tallo lo que ayuda a la quema previa a la cosecha de la caa.
Diagrama del proceso de fabricacin del azcar.
La caa de azcar desde que llega a la planta su proceso o
recorrido es el siguiente:
1. La caa de Azcar Llega en traylers o camiones a la planta.
2. Pesado y Muestreo:El pesado se realiza en balanzas para
traylers; el muestreo se realiza para determinar algunas
caractersticas de la caa.Los constituyentes de la caa por lo
general estn en el siguiente porcentaje:Agua75%Sustancias
Orgnicas24%Sustancias Inorgnicas 1%
Y la composicin del jugo en:Sacarosa 78 88 %Glucosa 2 4
%Fructuosa 2 4 %Sales de Acidos Inorgnicos 1.5 4.5 %Sales de Acidos
Orgnicos 0.5 0.6 %Gomas 0.3 0.6 %No Azucares no identificados 3.0
5.0 %Cera, grasa, Fosfatos 0.05 0.15 %
3. Limpieza y Preparacin:La caa madura, quemada y cortada llega
a travs de camiones y recepcionada en conductores (mesa
alimentadora)Los sistemas de limpieza que se tiene son: Limpieza
Hmeda: mediante chorros de agua a presin o cadas de agua. Limpieza
Seco: Mediante despajadores (rodillos) y ventiladores de tiro
forzado para eliminar tierra y polvo.La Preparacin de la Caa tiene
como finalidad acondicionar la caa y cortarla en pequeos pedazos
desmenuzarlos sin extraer jugo, para aumentar la capacidad de
molienda y mejorar la extraccin de jugo en los molinos.Entre los
Equipos de preparacin de la caa tenemos: Cuchillas o Machetes:
colocados sobre un eje transversal los cuales trozan la caa.
Desfibradora: Utilizada para aumentar la extraccin de los molinos
ubicados despus de las cuchillas.Posee una serie de discos en todo
el ancho del conducto encerrados en un cilindro (entre cada dos
discos se encuentran los martillos articulados). Desmenuzadora: Es
un molino de dos mazas, es el primer equipo preparador extractor.
Aqu se logra extraer el 40 50 5 del jugo absoluto de caa.
4. Molienda, Extraccin de Jugo:La extraccin en molinos, Trapiche
o Tanden tiene como objetivo extraer de la caa el mximo posible de
la sacarosa en ella contenida.En un trapiche la extraccin de jugo
se da por: Compresin: Consiste en exprimir la caa entre grandes
mazas de acero, lo que nos da como residuo el Bagazo el cual se
almacena en bagaceras o es enviado a las Calderas para ser
quemadas. Lixiviacin y Percolacin: se realiza en difusores donde se
requiere que las clulas de la caa sean rotas en un 93 94 %.
El Proceso de Extraccin se da de la siguiente forma:
Desmenuzadoras: El cual: Asegura la alimentacin al trapiche. Extrae
una apreciable cantidad de jugo Prepara la caa, facilita la toma de
esta por los molinos y la extraccin de ella. Molinos: Son 3
cilindros horizontales de acero fundido que tienen la funcin de
recibir, comprimir y entregar la caa extrayndole la mayor cantidad
de jugo para dejarlo en forma de bagazo. Conductores Intermedios:
Conducen el bagazo de la salida de un molino hasta la entrada de
otro. Cadenas y Conductores: Tablillas metlicas que conducen el
flujo desde uno a otro molino.
Esquema de Extraccin.Promueve una mayor recuperacin de la
sacarosa almacenada en el jugo de caa. La imbibicin persigue lograr
el reemplazo del jugo absoluto de la caa por agua mediante su
aplicacin continua para lograr la dilucin del jugo absoluto hasta
quedar nicamente el jugo residual.
Control Microbiolgico:Para disminuir prdidas que se producen por
inversin de la sacarosa y/o formacin de otros compuestos no
azucares debido a la presencia de micro organismos. En la seccin de
la molienda la poblacin microbiana que llega al ingenio, formando
parte de la flor microbiana; o bien en polvo y la tierra que
acompaa a los tallos y hojas de caa que entran en el proceso.
5. Jugo Mezclado:Es el jugo absoluto mezclado con los jugos
provenientes de los molinos y el agua de dilucin, que se bombea al
departamento de cocimiento.Purificacin:Para remover los No
Azucares.Se realiza por la adicin al jugo de Lechada de Cal
(Encalamiento) que forma un precipitado de Ca3 (PO4)2 que arrastra
consigo parte de las impurezas.
6. Calentamiento del Jugo:Se lleva a cabo en Intercambiadores de
calor de tubo y carcasa en las cuales el vapor (Agente de
Calentamiento) va por el exterior de los tubos y el Jugo por el
interior.Es conveniente calentarlo a una Temperatura superior de 2
a 3 C al punto de Ebullicin del jugo a presin atmosfrica.
7. Clarificacin de Jugo:El objetivo es obtener u jugo claro y
una cachaza densa.Aqu se produce la separacin de los slidos
coagulados por sedimentacin para obtener un jugo claro,
transparente y brillante.Permite obtener Azcar de alta calidad al
lograr disminuir la mayor cantidad de impurezas de los jugos.
Filtracin de Cachaza: Es una operacin unitaria que permite la
separacin slido lquido.Los lodos producidos en el Clarificador son
sometidos a una operacin de filtracin (en aparatos continuos que
trabajan al vaco) el espesor de la torta producida debe ser entre 7
8 mm para permitir un buen lavado y por lo tanto un buen
agotamiento de la Cachaza.Problema en Clarificadores: Son Alto Brix
(Cantidad de slidos solubles (compuestos orgnicos e inorgnicos) que
se encuentran disueltos en agua de la caa) en el jugo mezclado que
frena la velocidad de sedimentacin. Alcalinizacin deficiente, que
puede deberse a la mala calidad de Cal. Alto contenido de materias
extraas.
8. Evaporacin:Se realizan diversos cambios fsicos que en su
estado final permitirn la obtencin del Azcar en forma cristalina.
Se da por: Evaporadores de mltiples efectos: Para concentracin de
jugos, jarabes de punto prximo al de saturacin. Tachos: Hasta la
formacin de cristales del tamao deseado.
Los cambios producidos ms significativos son los relacionados
con el aumento o disminucin de pureza (porcentaje de azcar
cristalizable en el total de slidos disueltos en una solucin) al
pasar de jugo clarificado a los concentrados.
9. Cristalizacin:Se verifica mediante la concentracin de jarabe
procedente de la evaporacin hasta convertirse en una masa viscosa
con aumento de densidad, cambiando fsicamente de estado lquido a
semi slido, siendo este estado donde se cristaliza el
azcar.Objetivo: Transformacin del azcar en solucin a un estado
cristalino que en la centrfuga produzca un alto rendimiento de
azcar como producto. Lograr la mayor transformacin posible de la
Sacarosa disuelta a cristales.
10. Separacin Centrfuga:Constituye la separacin de los cristales
a granos de azcar de la miel madre. Se realiza en mquinas
denominadas Centrfugas.
11. Secado:Es una operacin mediante la cual se le da acabado
final al producto en cuanto a calidad, presencia y garanta de
almacenamiento.Esto se mide sobre la base de la remosin de la
humedad, consumo de energa, retroceso de azcar y calidad de
producto.
12. Azcar:Que es el producto final de este proceso.
2.2 REFERENCIAS DE LOS GUSANOS TRANSPORTADORES:
A.-CONCEPTO:El tornillo transportador, uno de los ms antiguos y
ms simples mtodos usados para el movimiento de la masa de
materiales, consiste principalmente de un tornillo transportador
rotando en un canal estacionario. El material ubicado en el canal
es movido a lo largo de toda su longitud mediante la rotacin del
tornillo. Cojinetes colgantes soportan el tornillo. Entradas,
salidas, puertas y otros accesorios controlan el material y su
disposicin.
El tornillo transportador es compacto y fcilmente adaptable en
ambientes congestionables, sus soportes son simples y fcilmente
instalables. Es verstil y ser montado en las posiciones
horizontales, inclinadas y verticales. Ser usado para controlar el
flujo de material en las operaciones de procesamiento las cuales
dependen de precisos agrupamientos. Ellos sern usados como un
mezclador, agitador o batidor de mezcla y mezclar ingredientes
secos o fluidos, proporcionar cristalizacin o accin coagulante o
mantener soluciones en suspensin.
El tornillo transportador ser efectivamente sellado contra el
escape de polvo, emanaciones o el ingreso de tierra o humedad. Ser
enchaquetado para servir como un secador o enfriador. Ser
suministrado en una amplia variedad de materiales resistentes a la
corrosin, abrasin o calor.
Los tornillos transportadores son usados como taladros de suelo
para excavar huecos de pilares o postes a taladrar debajo de
carreteras para la instalacin de alcantarillas. Ellos tambin sern
usados ampliamente en mezcladores, mquinas de trillo, embaladoras
de paja, sopladores de forraje y otras muchas mquinas de
granja.
El tornillo transportador es la porcin rotativa de un gusano
transportador en el cual le imparte suave y positivo movimiento al
volumen del material que est siendo transportado. Consiste de un
tramo de espiral montado sobre un tubo y est hecho en mando a
izquierda o a derecha para adaptarse a la rotacin del tornillo y
direccin derecha del viaje del material.
El eje conductor del tornillo transportador conecta el tornillo
transportador a la unidad de conduccin y transmite el movimiento
rotatorio al tornillo. Pernos de unin aseguran el eje conductor en
el tornillo transportador.
El eje conductor del transportador, eje extremo y acoplamiento
soportan las secciones del tornillo transportador y les ayuda en el
alineamiento. El eje extremo est ubicado en el extremo opuesto del
eje conductor. Los acoplamientos son usados para conectar las
sucesivas secciones del tornillo transportador, cuando hay ms que
una seccin es necesario ajustar la longitud total del
transportador. Los ejes y acoplamientos son asegurados en el
tornillo transportador mediante pernos de unin.
B.- CLASIFICACION:Se clasifican de la siguiente forma:
1. Tornillo transportador de volante helicoidal:La volante
helicoidal es hecha con un paso regular aproximadamente igual al
dimetro.
2. Tornillo transportador de volante localizada:Son hechos de
volantes individuales, talladas cada uno a partir de un plato plano
de acero formando interiormente una hlice.
3. Tornillo transportador de corredera rpida:Diseado para un
fcil desmontaje del cangiln transportador.
4. Tornillo transportador de volante seccionada:Tiene ranuras
seccionadas en la periferia tanto en volantes helicoidales como en
las localizadas.5. Tornillo transportador de volante seccionada y
plegada:Provistos de segmentos plegadas, los cuales actan como
aspas levantadoras produciendo un efecto de cascada.
6. Tornillo transportador de volante seccionada con
canaletes:Tienen canaletes montados en intervalos que contrarrestan
el flujo de los materiales.
7. Tornillo transportador con canaletes:Tiene canaletes
espaciados en intervalos que ayudan parcialmente a oponerse al
crecimiento del volumen del fluido.
8. Tornillo transportador de paso corto:Son de regular
construccin, excepto en aquellos en los que el paso de la volante
es reducida.
9. Tornillo transportador con volante de banda:Consiste de una
volante helicoidal continua fabricada en barra de acero y asegurada
a la barra de transmisin por medio de soportes agarrantes.
10. Tornillo transportador acanalado:Formado por hojas de acero
montados sobre prisioneros insertados a lo largo del eje.
11. Tornillo transportador de acero inoxidable:Son fabricados
para satisfacer requerimientos especficos (resistencia a la
corrosin, moderar el calor desenvuelto, etc.).
12. Tornillo transportador de volante delgada:Son frecuentemente
usados como tornillos alimentadores para transportar materiales
aterronados quebradizos.
13. Tornillo transportador de dimetro escalonado:Consiste de
volantes de diferentes dimetros, cada uno con su propio peso
regular, colocados unos tras otros sobre una tubera o eje.
14. Tornillo transportador de paso escalonado:Son gusanos con
una secuencia singular formado por un grupo de volantes localizados
incrementando el paso.
15. Tornillo transportador de paso largo:Son ocasionalmente
usados como agitadores de lquidos.
16. Tornillo transportador de doble volante:Son de paso regular,
proveen una suave y apacible fluidez.
17. Tornillo transportador de doble volante de paso
corto:Aseguran una correcta regulacin de la alimentacin y fluidez
en los gusanos alimentadores.
18. Tornillo transportador de volante en cinta:Consiste en una
barra de acero enrollada para formar una volante de cinta
helicoidal continua asegurada al eje por medio de agarraderas de
acero soldadas en intervalos espaciados.
19. Tornillo transportador de volante en cinta con
canaletes.Proporcionan un moderado mezclado de los materiales que
estn siendo transportados.
20. Tornillo transportador con hlices de cinta mltiples:Consiste
de dos o ms hlices de diferentes dimetros y de mandos oponentes,
montados unos tras otros sobre una misma tubera o eje.
21. Tornillo transportador resistente a la friccin:La
particularidad de este servicio lo encontramos cuando transportamos
materiales friccionantes. Existen diferentes mtodos para este caso
tales como: Superficies duras por medio de la aplicacin de una
combinacin especial. Segmentos de hlices separables endurecidos o
de uso por pasos. Transportadores hechos de caucho o goma elstica.
Aceros de alto carbn capaz de un tratamiento trmico.
22. Tornillo transportador resistente a la corrosin:Son
fabricados de acero inoxidable, cobre, latn, bronce, nquel, metal
monel, aluminio y otros. Galvanizado, estaado, plateado y otros
mtodos de revestimiento han provedo un efectivo medio de
condiciones anticorrosivas.
23. Tornillo transportador resistente al calor:Mayormente son
fabricados de aleaciones garantizable a la resistencia de altas
temperaturas, as como de acero inoxidable y acero gris.
C.-DATOS GENERALES DE DISPOSICION:
Los siguientes son algunos datos generales que contribuirn a una
econmica, eficiente y satisfactoria instalacin del transportador de
tornillo.
1. Tornillos Transportadores:
Usar tornillos de ambas longitudes regular (normal) y corta,
listados en la prxima pgina, para obtener la longitud total del
transportador requerida. Usar tornillos de longitudes especiales
slo cuando sea necesario.Solamente una cara o lado de la hlice del
tornillo se encuentra en contacto con el material a ser
transportado. Esta cara queda libre de esfuerzos para facilitar y
no impedir el flujo. Para asegurar esta condicin, no debe hacerse
la rotacin a la inversa sin antes haber invertido los extremos del
tornillo transportador, o a la inversa, no debe invertirse los
tornillos sin haber invertido la rotacin. Tornillos transportadores
para operacin reversible pueden ser proporcionados para
requerimientos especficos.Es omitido, dejando la tubera vaca encima
de la entrada de la ltima descarga para prevenir el exceso de
material.
2. Soportes:Los soportes deben estar localizados claramente en
todos los empalmes del cangiln, as como aberturas y entradas de
descarga.En puntos de soporte, son colocados en aproximadamente 180
grados a ambos para facilitar la continuidad del flujo a travs del
espacio del soporte.
3. Extremo del Cangiln:
Los extremos del cangiln, ajustados con cojinetes dobles de
bolas o de rodillos o transmisiones de engranaje de tornillo sin
fin, tienen una amplia capacidad de empuje para cualquier
transportador dentro del rango fijado y una precaucin aparte para
el empuje es innecesaria.Los extremos del cangiln sellados deben
ser usados para proteccin adicional del o para el material a ser
transportado o para proteger y preservar los cojinetes del extremo
del cangiln y los ejes cuando se manejan materiales abrasivos o
corrosivos.
4. Empujes en el extremo:
Un cojinete auxiliar de empuje final o en el extremo es
recomendado para transportadores que usan extremos de cangiln con
soportes estticos o fijos provisionales. La localizacin preferida
es en el extremo de la transmisin, pero puede ser localizada en el
extremo opuesto si es nece3sario por limitaciones de
disposicin.
5. Cuba o cangiln:
Cangilones de 5 y 10 pies de longitud deben ser usados
dondequiera que sea posible. La seccin corta del cangiln, cuando
sea necesario, debe estar localizada en el extremo opuesto de la
longitud corta del tornillo.Los extremos de las bridas deben estar
provistas con pie o base, si las disposiciones de soporte lo
permiten, para permitir el cambio de los extremos del cangiln sin
desarreglar la alineacin del cangiln.Las conexiones de bridas deben
estar equipadas con un pie dondequiera que el espacio de soporte lo
permitan. Por otra parte, use sillas (collarines o cojinetes) a
medida que se requiera.
6. Tubos de descarga:
Esto es prctico para proveer un tubo adicional de descarga en el
extremo del transportador o una puerta de alivio abisagrada en la
cubierta encima del tubo de la ltima descarga como una proteccin de
inundacin o derrame para el transportador. Aparatos elctricos de
corte de varios tipos pueden ser usados como resguardos
efectivos.
7. Mecanismo de transmisin:
Instalar la transmisin en la descarga final (extremo) cuando sea
posible o prctico. Transmisiones las cuales son autocontenidas son
recomendadas, puesto que ellos no requieren soportes
adicionales.
D. SELECCION:Informacin suficiente est disponible para fcilmente
seleccionar los componentes recomendados para el manejo de
materiales en condiciones de operacin por debajo de lo normal en
transportadores de tornillos horizontales.
1. Transportadores de Tornillo:Los transportadores de tornillo
consisten de un tornillo rotatorio operando en un cangiln
estacionario para transportar material desde un punto hasta otro.
Los tornillos transportadores son hechos en longitudes regulares o
cortas y a mano derecha o a mano izquierda para adaptarse a
cualquier aplicacin.La alimentacin de material al transportador
debe ser controlada y de velocidad uniforme.Los transportadores de
tornillo son adaptables para el manejo de una gran variedad de masa
de materiales
2. Materiales:Muchos volmenes de materiales son manejados fcil y
eficientemente en transportadores de tornillo. No obstante, para
asegurar la mejor seleccin posible de los componentes, es
recomendable considerar las caractersticas fsicas, qumicas y de
manejo de todos los materiales que se dan.Las caractersticas
esenciales incluyen tamao, fluidez y abrasividad de los materiales.
Otras caractersticas, tales como contaminacin, corrosividad,
degradacin y grado de plumosidad, etc. pueden influir en el manejo
y deben darse las consideraciones necesarias. Las consideraciones
deben ser dadas tambin para materiales los cuales pueden asumir
diferentes caractersticas por debajo de las condiciones seguras de
procesamiento, el ambiente, tiempo o almacenamiento. Mucho de los
materiales ms comunes son clasificados en la tabla 1 y son dados
como una gua en la seleccin de los componentes apropiados. Los
materiales que no aparecen en la lista pueden ser clasificados por
comparacin con materiales similares o estableciendo una
clasificacin usando la tabla 1.En el laboratorio Link Belt se
dispone de las facilidades para probar y clasificar todas las
clases de materiales.
3. Aplicaciones tpicas:
Ocasionalmente las caractersticas son manejadas de tal manera
que estos requieren ms que equipo convencional o regular para este
propsito, tales como: Cuando los materiales son extremadamente
calientes, los moldes de los tornillos y los cangilones pueden ser
usados o pueden ser hechos de aleaciones de metal para altas
temperaturas. Si los materiales son pegajosos o viscosos, la
rapidez de la cinta del tornillo transportador puede ser
seleccionada. Adems, capas especiales aplicadas a los tornillos y
cangilones pueden tambin ayudar al flujo del material. Materiales
extremadamente abrasivos pueden requerir tornillos y cangilones
hechos de material resistente a la abrasin o los tornillos pueden
ser provistos con velocidades para superficies duras. Cuando los
materiales son corrosivos, puede ser preferible hacer los tornillos
transportadores y cangilones de acero inoxidable, nquel, etc.
Si los materiales estn para ser mezclados o ventilados, un
tornillo transportador de cintas rpidas o una de velocidades
reducidas, o uno de estas combinaciones con paletas puede ser usado
para obtener los resultados deseados.
Materiales los cuales son para ser calentados o enfriados pueden
requerir cangilones cubiertos para la circulacin caliente o media
fra.
Materiales que se pueden contaminar, pueden requerir cojinetes
autolubricantes y en la construccin de tornillos y cangilones se
eliminar cavidades, grietas, etc. Tales tornillos y cangilones
prevendrn la acumulacin del material y facilitan la limpieza.
Cuando existan aplicaciones inusuales o condiciones severas de
operacin o donde pueda existir dudas para la correcta seleccin de
los transportadores de tornillo, consultar con Link-Belt.
4. Como seleccionar un tornillo transportador horizontal:
Considerar los siguientes factores cuando seleccione un
transportador de tornillo horizontal: Clase y caracterstica del
material a ser manejado, tales como: tamao, fluidez, abrasividad,
etc. El peso del material en libras por pie cbico. Mxima velocidad
a la cual es manejado el material en pies cbicos por hora. Tamao
mximo de los trozos en pulgadas, tamao promedio del material y
porcentaje de trozos en el volumen total. Longitud del
transportador en pies
Con esta informacin conocida, procedemos como sigue:.-
Establecer la clase de material.- Por tabla hallar la clase y peso
de material a ser manejado. Si este material particular no est en
lista, seleccionar uno con caractersticas similares o determinar la
clasificacin usando la tabla 1. Una consideracin adicional relativa
a la capacidad debe ser dada para el manejo de materiales los
cuales deben ser ventilados y fluidos convenientes, caso y, o
materiales que se traban o se enredan, clase x.
- Determinar el tamao del Tornillo Transportador.- Conociendo la
clase de material, tamao de los trozos y capacidad requerida,
dirigirse a la tabla 2 y determinar el dimetro del tornillo basado
en el tamao de los trozos o la capacidad en la mxima velocidad
recomendada, cualquiera de los dos mandar.
- Determinar la velocidad del Tornillo transportador.-
Conociendo el dimetro del tornillo de la tabla 2, obtenemos la
capacidad en una RPM. Calculamos la velocidad final del tornillo
transportador dividiendo la capacidad requerida entre la capacidad
en una RPM.
- Determinar las especificaciones de los componentes.- Usando la
clasificacin del material, longitud del material y dimetro del
tornillo, dirigirse a la tabla 3 y determine el grupo de
componentes y el dimetro de acoplamiento requerido para la longitud
actual del transportador. Para longitudes de transportadores que
excedan stas listas, consultar a Link-Belt.Soportes con material
antifriccin y cojinetes de bolas son regularmente usados para
condiciones de operacin normales all donde la lubricacin es
permitida. Soportes de cojinetes de madera impregnados en aceite
son usualmente usados all donde la contaminacin del material debe
ser evitado. Soportes con otros tipos de cojinetes pueden ser
suministrados, consultar a Link-Belt
Conociendo el grupo de componentes, el dimetro del tornillo y el
dimetro de acoplamiento, dirigirse a la tabla 4 para las
especificaciones de los componentes y determinar el tipo e cojinete
de soporte, acoplamiento, tornillo, espesores del cangiln y
cubierta. Cuando los ejes de transmisin, extremos de los ejes y
acoplamientos operan en cojinetes de bolas, el torque de arranque
es reducido y la eficiencia total del transportador es
incrementada.
5. Clculo de la potencia requerida:La siguiente frmula puede ser
usada para calcular la potencia:H = A * GDonde:H = HP(Caballos de
fuerza) en el eje de transmisin del transportador. A = Potencia
equivalente = C * L*K / 1000000 C = Capacidad en pie3 / hora L=
Longitud del transportador en pies. K= Factor de potencia de la
tabla. G= 1.00 cuando A= 5.0 o ms. Cuando A = menor que 5.0
obtenemos el valor de G de la tabla 5.
Con la potencia y velocidad en el eje de transmisin del
transportador conocidos, establecer las disposiciones tpicas de
transmisin paginas 276-277.La potencia en el motor es igual a la
potencia en el eje de transmisin del transportador dividido entre
la eficiencia total de la transmisin seleccionada.
III.- CALCULOS Y DIMENSIONES DE PRINCIPALES ELEMENTOS DE
MAQUINA3.1 DISEO DEL GUSANO TRANSPORTADOR
PARA GUSANO 1
3.1.1 CALCULO DE LA POTENCIA:Potencia de trabajo:Requerimientos:
Capacidad: 4 TN / h (dato de la empresa) Material: azcar industrial
Disposicin del gusano: Horizontal Longitud: 39.37pies (12
metros)
Clculo del Caudal Volumtrico:Segn el manual Link Belt: del
azucar = 65 lb / pie 3 = 1.04TM / m3reemplazando:C = 3.85 m3 / h =
140 pie3 / h
Clculo de la potencia:Teniendo como referencia el manual de Link
Belt calculamos la potencia de trabajo: De la tabla 1:El material
del gusano pertenece a la clase 60C1/235X
De la tabla 2:Dimetro del Tornillo: 6Mxima medida agregada:
1.5Mxima velocidad recomendada: 120 RPMCapacidad para la mxima
velocidad recomendada: 180 pie3 hCapacidad por cada RPM: 1.49 pie3
/ hLlenado de la Cuba: 30% De la Tabla 3:Componente del grupo G, H,
JMxima longitud a transportar: 39.37pies (12 metros)Dimetro de
acoplamiento: 1.5
De la Tabla 4:Componente del grupo HNmero del tornillo para
aletas helicoidales: 6H304Espesor de la Cubierta: Calibre 16Segn
manual practico para manejo de granos super brix:
HP = A x C
A = 4.13 x m3 por hora x longitud/1000 Donde: C = 2.0 para A = 1
o menor 1.5 para A entre 1 y 2 1.25 para A entre 2 y 4 1.1para A
entre 4 y 51.0 para A mayor a 5Sabemos que:C = 1.49 m3 / hL = 12
metrosEntonces reemplazando:A = 4.13 x 1.49x 12/1000 = 0.0738
Calculamos el factor de forma C: C = 2.0Por lo tanto : HP =
0.1476hpPotencia de Friccin: Es la potencia consumida en vencer la
fuerza de friccin entre las capas del material. La carga en el
gusano es de 4000 kg./h. HPf = LNFdFb/1000000Donde:L: en piesN:
velocidad de giroFd: factor del dimetro del tornilloFb: percha del
factor productivo
HPf = (39.37x 120 x 18 x 3)/1000000 = 0.25hp
Para gusano 2 Potencia de trabajo: Requerimientos Capacidad: 4.
TN / h Material: AZUCAR INDUSTRIAL Disposicin del gusano:
Horizontal Longitud: 4 metros(13.12 pies)
Clculo del Caudal Volumtrico:Segn el manual Link Belt: del azcar
= 65 lb / pie 3 = 1.04 TM / m3reemplazando:C = 3.85 m3 / h = 140
pie3 / h
Clculo de la potencia:Teniendo como referencia el manual de Link
Belt calculamos la potencia de trabajo:
De la tabla 1:El material del gusano pertenece a la clase
60C1/235X
De la tabla 2:Dimetro del Tornillo:6Mxima medida agregada:
1.5Mxima velocidad recomendada: 120 RPMCapacidad para la mxima
velocidad recomendada: 180 pie3 hCapacidad por cada RPM: 1.49 pie3
/ hLlenado de la Cuba:30% De la Tabla 3:Componente del grupo G, H,
JMxima longitud a transportar: 13.12 pies (4 metros)Dimetro de
acoplamiento: 1.5
De la Tabla 4:Componente del grupo HNmero del tornillo para
aletas helicoidales: 6H304Espesor de la Cuba: calibre 16Segn manual
practico para manejo de granos super brix:
HP = A x C
A = 4.13 x m3 por hora x longitud/1000 Donde: C = 2.0 para A = 1
o menor 1.5 para A entre 1 y 2 1.25 para A entre 2 y 4 1.1para A
entre 4 y 51.0 para A mayor a 5Sabemos que:C = 3.85 m3 / hL = 4
metrosEntonces reemplazando:A = 4.13 x 3.85 x 4/1000 = 0.0246
Calculamos el factor de forma C: C = 2.0Por lo tanto : HP =
0.0492hp
Potencia de Friccin: Es la potencia consumida en vencer la
fuerza de friccin entre las capas del material. La carga en el
gusano es de 4000 kg./h. HPf = LNFdFb/1000000Donde:L: en piesN:
velocidad de giroFd: factor del dimetro del tornilloFb: percha del
factor productivo
HPf = (13.12x120 x 18 x 3)/1000000 = 0.085hp
Potencia del Motor Potencia necesaria: La potencia necesaria ser
la suma de la potencia de trabajo y la potencia para vencer la
fuerza de friccin: PN = Pot. friccin + Pot. trabajo Donde: Potencia
de friccin = 0.25 HP Potencia de trabajo = 0.1476 HP
Entonces: PN = 0.3976HP
Potencia del Motor: Para calcular la potencia del motor
consideramos un factor de seguridad: f . s = 1,5
f . s = PMOTOR PN P MOTOR = f . s x PN P MOTOR = 1,5 x 0.3976.P
P MOTOR = 0.5965H..P P MOTOR = 0.5965 HP (valor comercial)
De los catlogos de DELCROSA tenemos:Motor tipo : TM 1714Potencia
0.6 HPFrecuencia : 60 HzRPM : 11Reductor tipo : P 37Reduccin :
157.183 Peso : 100Kg
3.1.2 CALCULO DE LAS PLANCHAS DE FABRICACION DE LA HELICE: Para
gusano 1Tenemos los siguientes datos:Dimetro del gusano : D = 6 =
15.24 cm Paso : P = 3 = 7.12 cmDimetro del eje (tubo) : d = 1.5 =
3.81cm = 38.1mm
CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL TORNILLO V = P x RPM x 60 donde P =
Paso
Entonces:V = 0,072 m/seg.
Segn el manual del ingeniero mecnico MARKS 0,01 V 0,37
m/seg.
Calculemos la potencia de trabajo en cada hlice:PTh = PTRABAJO x
Paso Longitud total Reemplazamos datos tenemos. PTh = 0.23 HP x
0,1476 pies 39.37pies PTh = 8.6228x 10-4 HP = 0.0654 kg. m Seg. La
fuerza que acta sobre cada hlice del gusano ser: F = PTh = 0.064
kg.- m / seg. V 0,0.072m / seg.F = 9.08 Kg. La carga en el gusano
es de 4000 kg. Consideramos un coeficiente cinemtico de friccin
entre las capas del material: Uk = 0,33 La fuerza de rozamiento
producida por el desplazamiento de la carga ser:Ff = uk x Peso del
material Ff = 0,33 x 4000Kg. Ff = 1320 kg. Para el gusano;
observamos que esta fuerza de razonamiento se traduce en una fuerza
radial y otra axial Hallamos el ngulo de la hlice ():tg = P P
(Paso) = 3 D D (dimetro) = 6 tg = 3 x 6 Entonces: = 9,04
observamos que:Fradial = Ff Sen Fradial = 1320x Sen 9,04 Fradial
= 207.4Kg
A esta fuerza hay que aadir la fuerza debida a la friccin: F = F
radial x P L/2 Consideramos L / 2 a que a esa distancia del eje se
encuentra un soporte. Entonces: F = 207.4 kg. x 0,0762 m 2.m F =
7.90 kg.
Fuerza total que acta sobre la hlice: FT = F + F FT = 26.98
Kg.
Hallamos la carga por unidad de longitud de la hlice: W = FT =
16.98kg. = 38.5024 kg. / cm D x 7.12cm. W = ( w x 2 R =
13.67Kg.)
Para calcular el espesor de la hlice empleamos la teora de
placas planas: Donde: R : Radio de la hlice (R= 11.43 cm) r : Radio
del tubo (r = 1.91cm) W : Peso (W = w x 2R = 13.67 kg.) t : Espesor
de la planchaPara nuestro caso consideramos como material de las
hlices: Acero AISI C1020 laminado simple, cuyas caractersticas son:
= 0.3Sy = 40000 lb / pulg2 = 2792.8 Kg. / cm2Smax. = 0.6 SyEntonces
:Smax. = 1675.68 Kg. / cm2
Reemplazando datos en la frmula de placas planas obtenemos:t =
0.0335cm.
Tomamos un t comercial igual a:t = 1/64 = 0.0397cm.
Recalculamos Smax.:
Donde:
S max = 1193.18 Kg. / cm2Entonces obtenemos un factor de
seguridad:f.s = S max. / S max. = 1.40
Para gusano 2 Tenemos los siguientes datos:Dimetro del gusano :
D = 6 = 5.24 cm Paso : P = 3 = 7.12 cmDimetro del eje (tubo) : d =
1.5 = 3.81cm = 38.1 mm
CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL TORNILLO V = P x RPM x 60 donde P =
Paso Entonces:V = 0,072 m/seg. Segn el manual del ingeniero mecnico
MARKS 0,01 V 0,37 m/seg.
Calculemos la potencia de trabajo en cada hlice:PTh = PTRABAJO x
Paso Longitud total Reemplazamos datos tenemos. PTh = 0.0492 HP x
0,23 pies 13.12 pies PTh = 0,0008625HP = 0.0654 kg. m Seg.
La fuerza que acta sobre cada hlice del gusano ser: F = PTh =
0.0654 kg- m / seg. V 0,072m / seg.F = 0.908 Kg. La carga en el
gusano es de 4000 kg. Consideramos un coeficiente cinemtico de
friccin entre las capas del material: Uk = 0,33 La fuerza de
rozamiento producida por el desplazamiento de la carga ser:Ff = uk
x Peso del material Ff = 0,33 x 400Kg. Ff = 1320 kg. Para el
gusano; observamos que esta fuerza de razonamiento se traduce en
una fuerza radial y otra axial Hallamos el ngulo de la hlice ():tg
= P P (Paso) = 3 D D (dimetro) = 6 tg = 3 x 6 Entonces: = 9,04
observamos que:Fradial = Ff Sen Fradial = 1320 x Sen 9,04 Fradial =
207.40 Kg
A esta fuerza hay que aadir la fuerza debida a la friccin: F = F
radial x P L/2 Consideramos L / 2 a que a esa distancia del eje se
encuentra un soporte. Entonces: F = 207.40 kg. x 0,0762 m 2 m F =
7.90 kg.
Fuerza total que acta sobre la hlice: FT = F + F FT =
16.98Kg.
Hallamos la carga por unidad de longitud de la hlice: W = FT =
16.98kg. = 38.5024 kg. / cm D x 7.12cm. W = ( w x 2 R =
13.67Kg.)
Para calcular el espesor de la hlice empleamos la teora de
placas planas: Donde: R : Radio de la hlice (R= 11.43 cm) r : Radio
del tubo (r = 1.91cm) W : Peso (W = w x 2R = 13.67 kg.) t : Espesor
de la plancha
Para nuestro caso consideramos como material de las hlices:
Acero AISI C1020 laminado simple, cuyas caractersticas son:
= 0.3Sy = 40000 lb / pulg2 = 2792.8 Kg. / cm2Smax. = 0.6 Sy
Entonces :Smax. = 1675.68 Kg. / cm2
Reemplazando datos en la frmula de placas planas obtenemos:t =
0.0335cm.
Tomamos un t comercial igual a: t = 1/64 = 0.0397cm.
Recalculamos Smax.:
Donde:S max = 1193.18 Kg. / cm2
Entonces obtenemos un factor de seguridad:f.s = S max. / S max.
= 1.40
3.1.3 CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LOS DISCOS: Los dos gusanos
tienen los mismos datos Tenemos como datos:D = 15.24cm.d = 3.81
cm.P = 7.12 cm.t = 0.2381 cm. del material = 0.28 lb / pulg3 = 7.7
x 10-3 kg. / cm3
Primero recalculamos D y d:
De donde: D / d = 2.78Adems: D - d = D - d = 15.24 - 3.81 =
11.43 cmEntonces:D = 17.85 cmd = 6.42 cmUtilizando valores
comerciales:D = 7 d = 2 Hallamos el peso de cada disco que viene
dado por la siguiente frmula:Reemplazando datos tenemos: P = 0.31
Kg.
El peso de la hlice por metro de longitud ser: P = P / Paso
Entonces: P = 4.35 Kg. / m
3.1.4 CALCULO DEL EJE POR EL METODO DE FATIGA: Si colocamos un
rodamiento axial en el lado de descarga del eje, estar sometido a
traccin, flexin y torsin. Calculamos la fuerza que acta sobre el
eje (tubo):max = 72600 x HP necesarios RPM (eje) Reemplazando
datos:max = 72600 x 4.58 59max = 56.36 Kg. m Fuerza Tangencial
mxima:FTmax = max / R Siendo: R = D / 2 Entonces: FTmax = 5635.73
Kg. cm / 21.59 cmFTmax = 322.2 Kg. Calculamos el peso por unidad de
longitud del eje:Donde:De = Dimetro Exterior del Tubo = 4 = 11.43
cmdi = Dimetro interior del tubo = 4 = 10.16 cm = Peso especfico =
7.7 x 10-3 Kg. / cm2
Reemplazando en la frmula:Pe = 16.58 Kg. / m Diagrama de carga
del eje:
Siendo l = 24 pies = 7.3152 m Diagrama de cortante:
(-)(+)
Diagrama de Momento FlectorTenemos que el momento Flector mximo
M max esta dado por:M max = W L2 8En donde: M max = 192.84 Kg. - m
calculo de Fuerza Axial: La Fuerza Axial esta dado por:F axial =
FTmax Tg Donde: = Angulo de la Hlice Paso: P = 8 = 20.32 cm
Dimetro: D =16 = 40.64 cmEntonces: = arco tg ( P / D) = 9.04De
donde:F axial = 2025.14 Kg. Diagrama de Torque:
Utilizamos la frmula de la ASME para el clculo de
ejes:Siendo:Ssd = Esfuerzo permisible a corteK = Relacin di / d0 =
Factor de carga axialKm = factor de carga de momento flectorKt =
Factor de carga de torsinM = Momento flectorT = Momento Torsord0 =
Dimetro exterior del ejeF = Carga axial
Primero calculamos el dimetro exterior del eje de:
Para hallar Kt y Km utilizamos la siguiente tabla:Tipo de carga
para eje giratorioKmKt
- Carga aplicada gradualmente1.51
- Carga constante1.51
Consideramos el eje sometido a carga constante:Km = 1.5Kt =
1Seleccionamos como material del eje un tubo con la designacin:A 36
SCM 40Ssd = 754.06 Kg. / cm2De datos anteriores sabemos que:M =
192.84 Kg. - mT = 84.66 Kg. - mReemplazando datos en d0:d0 = 0.059
m = 5.93 cm
debido a que d0 es muy pequeo, tomaremos un dimetro exterior de
4.5 con un espesor de Entonces:d0 = 4.5 di = 4.25 Calculamos el
factor de carga axial para compresin ( ): Luego calculamos la
relacin de esbeltez: ( L / r ) Donde: L = 24 pies = 288Entonces: L
/ r = 288 / 1.547 = 186.17 L / r >115El factor de carga axial
estar dado por: = Sy( L / r )2 n 2 EDonde:n = Constante que depende
del tipo de apoyo, para nuestro caso lo consideraremos = 1.6E = 1.7
x 106 Kg. / cm2Sy = 1256.77 Kg. / cm2
Entonces reemplazando valores: = 1.62 Hallamos la relacin K:K =
di / d0 = 4.25 / 4.5 = 0.94
Calculamos el eje segn la frmula de ASME:
Donde:Km = 1.5Kt = 1K = 0.94M = 192.84 Kg. mT = 84.66 Kg. m =
1.62
Reemplazando datos obtenemos:Ssd = 601.89 Kg. / cm2 Tenemos que
para nuestro material: Ssd = 754.06 Kg. / cm2Entonces: Ssd material
> 601.89 Kg. / cm2OK
Hallamos un factor de seguridad:f.s = Ssd del material / Ssd de
trabajo reemplazando tenemos:f.s = 1.25 Por lo tanto el material
seleccionado A 36 SCM 40 cumple con las condiciones.Entonces:Ssd
del material > 724.19 Kg. / cm2f.s = 754.06 / 724.19 = 1.04
Al salir un factor de seguridad cerca de la unidad ( f.s = 1.04
) usamos un material de mayor Ssd: Con un Ssd = 921.62 Kg. /
cm2Luego se tendr: f.s = 921.62 / 724.19 = 1.27
3.1.5 CALCULO DE SOLDADURA:1. Determinacin de la longitud del
cordn de soldadura:Paso (e) = 8Dimetro de tubo ( d ) = 4.5Dimetro
exterior hlice ( D ) = 17
a. Clculo del nmero de aletas:N tentativo de aletas = ( 24 x 12
) / 8 = 36 aletasb. Dimensiones de los discos: = ngulo de corte =
360 B x 360 2rdonde:r = ( B x E ) / ( A B ) = 2.68entonces
reemplazando en : = 12.8 13Por cuestiones de estiramientos de los
discos y porque no haya prdidas de material, calculamos el nmero
real de aletas
c. Nmero de aletas final = 36 x 347 = 34.7 35 360Nmero de aletas
final = 35 aletas
d. La longitud del Cordn ser:L = # aletas x longitud interior de
la hliceL = 35 x 16.24 pulg.L = 568.4 pulg.
2. Anlisis de las Fuerzas que intervienen:Fuerza axial ( Fy ) =
7743.4 lb.Fuerza radial ( Fr ) = 753 lb.
Considerando que la funcin del gusano es el empuje del material
a transportar, el anlisis se basar en la fuerza axial sobre las
aletas.Corte directo debido a Fy:f w1y = Fy / L = 7743.4 / 568.4 =
13.62 lb. / pulg.Corte secundario debido a T1:T1 = Fy x R = Fy ( D
d ) / 2Reemplazando:T1 = 48396.25 lb pulg.Donde:f "w1y = ( T1 x R )
/ JwJw = 568.43 / 12Entonces:f w1y = 0.019 lbs.
La fuerza resultante en el cordn de la soldadura :Considerando
un electrodo E60XX, con esfuerzo permisible de Sw = 12700 psiw =
fwR / Sw = 13.64 / 12700 = 0.03 mm
Luego considerando que el tamao mnimo del cordn de soldadura de
filete soldado a lo largo de los bordes a unir ser:Para t <
entonces t wDonde t = 2.38 mm < El ancho del cordn de soldadura
ser de 2.38 mm ( el espesor de la placa de la hlice), con una
longitud de 568.4 pulg.
3.2 DISEO DEL SISTEMA DE TRANSMISION
3.2.1 SELECCIN DE TRANSMISION:Para la seleccin se dispone de los
siguientes datos:Potencia del motor = 12 HPDistancia entre centros
= 45 Revoluciones eje motriz = 751 RPMRevoluciones eje conducido =
59 RPM
Factor de Servicio:Seleccionado en funcin del equipo accionado y
del tipo de fuente de potencia, tenemos: f.s. = 1.3 (tabla 1)
Potencia de Diseo:Pd = P x f.s. x f.m.Donde f.m: factor
modificatorio = 0.85 ( tabla 2 )Pd = 1.3 x 6.6 x 0.85 = 7.29 HP
Seleccin preliminar:Haciendo uso del diagrama, seleccionamos
tentativamente la cadena N 100, asumiendo 16 dientes para la rueda
menor, tenemos 13.9 HP como capacidad de transmisin de la
cadena.Relacin de transmisin: r = 151 / 59 = 2.56# Dientes rueda
mayor: N = 2.56 x 16 = 40.96 41 dientes
Dimetros de paso de la rueda:
Longitud de la Cadena:L = 2C + N / 2 + n / 2 + F
Donde:L : Longitud de la cadena en pasos.N : Nmero de dientes
rueda grandeC : Distancia entre centrosn : Nmero de dientes rueda
menorF : Constante ( tabla 3 )
Distancia entre centros:C = 1143 / 32.2 = 35 pasosCalculando:L =
2 x 32 + 41 / 2 + 16 / 2 + 0.45L = 92.9 pasos
Considerando un nmero par de pasos L = 94 pasos y recalculando
la distancia entre centros, tenemos:C = 32.5 pasos
Tipo de lubricacinClculo de la velocidad promedio de la cadenaV
= p x T x N m / s 60000donde:V : Velocidad promedio cadena ( m / s
)p . Paso de la cadenaT : Nmero de dientes de la ruedaN : Velocidad
de la rueda ( RPM )
Entonces:V = (32.2 x 16 x 151) / 60000 = 1.29 m / sV = 78 m /
min.
Le corresponde la lubricacin por salpicadura o por disco ( Tabla
4 ).
Determinacin del Nmero de dientes mnimos para aflojar a la
flecha en la rueda menor:T min. = 4 d + 4para pasos mayores de 25.4
mm p d = Dimetro de la flecha del motor ( mm )p = paso de la cadena
( mm )
Entonces:T min. = 11 dientes
Finalmente se seleccionar una cadena N 100 Dientes rueda mayor =
16 Dientes rueda menor = 41 Longitud de cadena = 94 Carga de rotura
= 24000 lbs. Peso promedio = 2.45 lbs / pie
3.3 CALCULO DE RODAMIENTOS:3.3.1 Capacidad de carga dinmica
(C)
FA2 considera que la fuerza axial esta centrada en el rodamiento
de la parte de transmisinC = P L 1 / pDonde:P: Carga dinmica
equivalentep: Exponente p = 3 rodamiento de bola p = 10 /3
rodamiento de rodilloL: Duracin en millones de revoluciones
3.3.2 Clculo de L:L = 60 n Lh 106Donde:Lh: para 20000 horas
(tabla N 1 Alva Dvila)n: 59 RPMEntonces: L = 70.8
3.3.3 Clculo de rodamiento izquierdo que es el ms cargado
Relacin e:
Suponemos:
Seguridad de carga requerida ( C )Rodamiento de bola:
Rodamiento de rodillo:
Para rodamientos de contacto angular:X = 0.35Y = 0.57
Carga equivalente: P= 14.5415
Capacidad de carga requerida: C = 60.16 KN
De catlogos SKF seleccionamos rodamientos de contacto angular de
1 hilera
Nd(mm)C(KN)EC requerida
722B1101181.1460.16
El rodamiento cumple Los rodamientos de bolas no cumplen con: C
seguridad > C de rodamiento
Rodamientos de rodillos Cnicos:Tomamos los valores de X y Y de
los catlogos de SKF y reemplazan en las siguientes frmulas:
Carga Equivalente:P = X (4.09) + Y (23)
Capacidad de Carga requerida:C = P (3.59)
Tomamos valores de X y Y y obtenemos C requerido y comparamos
con C nominal ( para 110 mm de dimetro)NCXYC requeridoCondicin
32022 X2000.41.4121047Cumple
330222400.42.1179.27No cumple
331223150.41.4121.47Cumple
Podemos escoger entre el 32022X y el 33122 que cumplen con la
capacidad requerida.
Conclusin: Se usa rodamiento de rodillo cnico en el lado de
transmisin.
3.3.4 Clculo del rodamiento rgido de la derecha:FR2 = 1.039
KN
Capacidad de carga dinmica ( C ):C = P L 1 / pDonde:L = 60 n
LhLh : 10000 horas por no trabajar 106 con mucha carga L =
35.4Entonces:C = 3.2834 P
Para P = XFR2 Pequeas fuerzas axiales: e FA2 / FR2X =
1Entonces:P = 1.039 KN
Capacidad de carga requerida:C = 3.2834 ( 1.039 )C = 3.41
KNEscogemos un rodamiento de contacto angular N 7222 B de 110 mm de
dimetro con C = 118 KN
3.4 CALCULO DE LOS PERNOS DE ACOPLE:3.4.1 Esfuerzo mximo sobre
el eje: max = 5335.73 Kg. cmF axial = 2346.5 / 2 = 1173.25 Kg. (
por haber dos rodamientos)
de = 11.43 cm = 4.5di = dimetro del eje del gusano10.16 cm = 4 =
7.7 x 10-3 Kg. / cm2Ssd del material = 754.06 Kg. / cm2
3.4.2 Fuerza de corte debido al torque:Ft1 = max / (di / 2) =
1050.34 Kg.
3.4.3 Fuerza de corte debido a la Fuerza axial:Ft2 = F axial =
1173.25 Kg.
3.4.4 Fuerza Total:
Como son dos pernos a 90 entonces se tendr 4 reas que resisten
el corteF CORTE = FT / 4 = 393.68 Kg.
Considerando Sd = 0.6 x Sy = 0.6 x 38.7 Kg/mm2 = 23.22 Kg.
/mm2Sd = esfuerzo permisible del perno a la temperatura
ambienteAjuste inicial: Fi = 212.5 D
Entonces:Sd = Fi / A
Donde:D = 11.65 mmTomamos:D = 12.70 mm3.4.5 Verificacin rea
roscada: De la tabla N 1 de ALVA DAVILAAe = 91.55mm2
Entonces:Fi = 212.5 (12.7) = 2698.75 Kg.
Si (roscada) = 2698.75 / 91.55 = 29.48 Kg. / mm2
Relacin:Si / Sy = 29.48 / 38.7 = 0.76
Entonces: 76 % de ajuste inicial
3.4.6 Verificacin del Vstago:Area del Vstago ( D = 12.7 ):A =
126.68 mm2
Esfuerzo de corte: CORTE = F CORTE / Area CORTE = 393.68 /
126.68 = 3.12 Kg. / mm2
Esfuerzo de Tensin:ST = F axial / AreaST = 2698.75 / 126.68 =
21.31 Kg. /mm 2
3.4.7 Aplicando teora de Esfuerzos Combinados:
Sabemos que:Sy = 38.7 Kg. / mm2Sy corte = 1 / 2 Sy = 19.35 Kg. /
mm2
Sdis . CORTE = 19.35 / 1.5 = 12.90 Kg. / mm2SMAX = 11.10 <
12.90 Kg. / mm2
Por lo tanto en los acoples usamos pernos de de dimetro Nc Grado
2 con bajo y medio contenido de carbono.
3.5 DISEO ELECTRICO Y SISTEMAS DE PROTECCION
3.51 TEORIA DE MOTORES:
Motores Asncronos:
Los motores asncronos o motores de induccin son las mquinas de
impulsin elctrica ms utilizada pues son sencillos, seguros y
baratos. Los motores asncronos se clasifican segn el tipo de rotor
en motores de rotor en jaula de ardilla (o motores con inducido en
cortocircuito) y motores de rotor bobinado y anillos rozantes.
A. Motor Asncrono trifsico de rotor en jaula de ardilla:
El motor de rotor en jaula de ardilla o de inducido en
cortocircuito se ha convertido en la mquina de impulsin elctrica ms
utilizada en aplicaciones tcnicas gracias a su estructura robusta y
sencilla y a sus excelentes caractersticas de servicio. Por este
motivo trataremos a continuacin su estructura y su
funcionamiento.
B. Construccin de un motor de rotor en jaula de ardilla:
La carcasa se fabrica o bien de fundicin de hierro o soldando
las diversas piezas de chapa de acero. Los escudos o tapas de los
cojinetes suelen ser de hierro colado. El paquete de chapas
estatrico se compone de perfiles troquelados de chapa magntica,
barnizados por uno de los lados para aislarlo unos de otros. Los
dos terminales de cada una de las bobinas del devanado estatrico se
llevan a la caja de bornes.El devanado del inducido en jaula de
ardilla se compone de varias barras de cobre, bronce o aluminio,
colocadas o fundidas directamente en las ranuras del paquete de
placas y cortocircuitadas en ambos extremos por sendos anillos
terminales del mismo material. Para que el rotor gire con menos
ruido (zumbido electromagntico) las ranuras y barras se disponen
ligeramente inclinadas respecto al eje del rotor formando hileras
simples o dobles.Las aletas de los anillos terminales y el
ventilador situado al final del eje sirven para impeler a travs del
motor el aire necesario para extraer el calor debido a las
prdidas.El eje rueda sobre rodamiento a bolas, ocasionalmente sobre
cojinetes a friccin, de modo que entre los paquetes de placas
estatrico y rotrico se obtenga un entrehierro relativamente
estrecho, de 0,2 mm a 1 mm.
C. Funcionamiento de rgimen del motor de rotor en una jaula de
ardilla:
Los valores comparativos ms importantes para la valoracin y
eleccin de los motores son el factor de potencia cos , el
rendimiento , la intensidad de la corriente I, la tensin , la
frecuencia de giro n y la potencia P.Tambin es de suma importancia
la interdependencia entre todas estas magnitudes, que en los
motores trifsicos se representa en grficas con curvas de carga (en
funcin del par) y curvas en funcin de la velocidad.De las
caractersticas de carga podemos deducir el comportamiento del motor
en vaco y cuando est cargado. El factor de potencia cos en vaco (M
= 0) en muy pequeo, pues se precisa muy poca potencia activa y
predomina la potencia reactivo - inductiva de los devanados. Al
aumentar la carga tambin aumenta el factor de potencia cos Tambin
aumenta con la carga el rendimiento, aunque para cargas muy grandes
vuelve a decrecer. Los aumentos de la intensidad de la corriente I
van creciendo al aumentar la carga mientras que la frecuencia de
giro n disminuye, con lo que aumenta el deslizamiento s. los
valores ms favorables se obtienen para el funcionamiento normal o
de rgimen nominal.Cuando hablamos de valores favorables queremos
decir que tanto el rendimiento como el factor de potencia son
grandes. Como al seguir aumentando la carga a partir de un
determinado valor decrece el rendimiento y el aumento del factor de
potencia es despreciable, el funcionamiento de rgimen nominal se
obtiene para aquel punto en el que el producto del rendimiento por
el factor de potencia es mximo.Las caractersticas en funcin de la
velocidad muestran la dependencia de n de la intensidad de la
corriente consumida I y del par m. la curva que da el par en funcin
de la frecuencia de giro tiene la forma tpica para las mquinas
asncronas trifsicas, con un pico (mximo) y un valle (mnimo). Este
ltimo no se presenta en todas las mquinas, pues inclinando las
barras de la jaula y disponiendo un nmero distinto de ranuras en el
estator y en el rotor se consigue que el mnimo desaparezca.Si el
par resistente es mayor que el mximo de la curva la mquina no podr
vencerlo y se parar. La corriente I precisa para arrancar es muy
intensa, e ira decreciendo rpidamente al aumentar la velocidad.En
un motor asncrono trifsico con rotor de barras redondas. Las
mquinas de induccin de este tipo presentan un par de arranque
reducido (MA = 0.5MN 1 MN) y precisan corrientes de arranque de
gran intensidad (IA = 7 IN 10 IN). En el rotor del motor asncrono
trifsico se induce una tensin alterna, que en el instante de
conexin poseer la misma frecuencia que la tensin de la red. El
devanado que se encuentra en las ranuras del paquete de chapas del
rotor presenta una gran inductancia, y por lo tanto, tambin una
gran reactancia inductiva a la frecuencia del rotor, que es
relativamente alta. En cambio la resistencia hmica es reducida a
causa de la gran seccin de las barras. Por ello entre la tensin y
la corriente del inducido rotrico existir un desfase de casi 90.Los
motores asncronos trifsicos con rotor de barras redondas presentan
un par de arranque relativamente pequeo y corrientes de arranque de
gran intensidad.Tanto el reducido par de arranque como la gran
intensidad de la corriente de arranque son de caractersticas
desfavorables, por ello ya no se construyen motores de este tipo.Si
la mquina asncrona trifsica se acciona mediante una mquina motriz
de frecuencia de giro n mayor que la de sincronismo nt trabajar
como generador. En este caso, los conductores del devanado del
rotor se movern con una frecuencia de giro relativa ns = n nt a
travs del campo magntico estatrico. En estos conductores se inducir
una tensin, con la que tambin circular una corriente que, segn la
regla del generador poseer un sentido indicado. Por tanto, el
sentido de la corriente se ha invertido respecto al funcionamiento
como motor. Este cambio de sentido de la corriente en el rotor
tambin provocar la inversin del sentido de la corriente en el
estator, o sea que se suministrar una corriente a la red de
alimentacin.
D. Arranque Estrella Tringulo :El devanado del estator se
conecta primero en estrella y despus en tringulo. En la conexin en
estrella cada devanado se encontrar sometido0 a una tensin U / 3 y
en la conexin en tringulo, a una tensin U. La corriente que circula
por cada uno de los devanados en la conexin en tringulo ser 3 veces
ms intensa que en la conexin en estrella. En la conexin estrella
las corrientes que circulan por cada uno de los devanados sern las
mismas que las consumidas por el motor ( I = It ). En la conexin
tringulo la intensidad de lnea ser 3 veces mayor que la de las
corrientes que circulan por los devanados. Por lo tanto si
comparamos las intensidades de las corrientes de lneas ambas
conexiones vemos que:
I en tringulo = 3 I en estrella
La intensidad de la corriente de arranque del motor de rotor en
jaula de ardilla conectado en estrella vale slo un tercio de la que
consume conectado en tringulo.El par de arranque del rotor en la
jaula de ardilla conectado en estrella vale slo un tercio del par
en la conexin tringulo.Debe tenerse presente que slo podrn arrancar
mediante el mtodo estrella tringulo aquellos motores que puedan
conectarse en tringulo a la tensin de la red
E. Proteccin de Motores:Los motores elctricos no deben
sobrecargarse pues entonces se calientan excesivamente. Tampoco
deben aparecer cortocircuitos. Si la tensin desaparece o se reduce
fuertemente deber desconectarse la mquina. En este caso el motor no
debe poder arrancar por si solo para evitar accidentes. Por todo
ello, se precisan dispositivos especiales para la proteccin de
motores.Para ello se emplean fusibles, guarda motores, contactores
con rels y contactores con disyuntores y sensores.
Fusibles:Los fusibles solamente sirven de proteccin en caso de
cortocircuito. Casi siempre se utilizan fusibles de reaccin lenta
cuya intensidad de respuestas se elige en funcin de la intensidad
de la corriente de arranque de la mquina. Por ello, no reacciona en
caso de sobrecarga
Contactores con rel:Cuando los motores se conectan con
contactores la proteccin en el circuito principal la constituye un
rel de sobrecarga cuyo disyuntor bimetlico, ajustado a la
intensidad nominal del motor, activa en caso de sobrecarga un
contacto de reposo en el circuito de mando. Tambin en este caso se
protege contra cortocircuitos mediante fusibles.Cuando el motor
debe protegerse contra tensiones demasiado bajas o cuando deba
desconectarse en caso de que desaparezca la tensin se montar en el
circuito principal un disyuntor de tensin mnima que abrir el
circuito de mando cuando la tensin baje por debajo de un
determinado valor.Mediante un sensor bimetlico de temperatura puede
controlarse directamente la temperatura del motor. Cuando sta
sobrepase el valor mximo permitido se abrir el circuito de mando y
el motor quedar desconectado.
F. Eleccin de una mquina:Los motores de impulsin se eligen de
acuerdo a los siguientes criterios: Tipo de suministro Potencia,
frecuencia de giro y comportamiento de rgimen. Condiciones de
servicio.
El tipo de corriente y de tensin viene fijados por la red de
suministro de energa. Cuando se desee otro tipo de corriente se
precisarn convertidores electromecnicos o electrnicos.El tamao y el
peso de la mquina dependen de la potencia y la frecuencia de giro
requeridas. El comportamiento de rgimen deseado determina el tipo
de mquina a elegir y, por consiguiente, si es preciso el empleo de
convertidores.Las condiciones de servicio implican el tipo de
proteccin a elegir y la clase de proteccin que debe presentarse en
el motor, aunque tambin influyen por otro lado sobre la forma del
cuerpo y el modo de transmitir la potencia.
G. Mantenimiento de las Mquinas:Los trabajos de mantenimiento
pueden realizarse durante las pausas de paro sistemticas. Despus de
cada avera de importancia deber realizarse una inspeccin y control
a fondo.Tambin una parte del mantenimiento el control del
funcionamiento de los dispositivos de proteccin.Un mantenimiento
regular a intervalos de tiempo razonables garantiza un mximo de
seguridad de servicio y prolonga la vida de las mquinas
3.52 CALCULO ELECTRICO:1. Determinacin de la Corriente Nominal (
In ):Datos:Potencia del Moto reductor: 6.6 HPTensin Nominal: 440
VFactor de Potencia ( cos ): 0.82Eficiencia ( % ): 83Datos
obtenidos de la tabla de DELCROSA para motoreductores de 4 polos,
60 Hz, tipo NV 132 M4
Donde:
Reemplazando valores:In = 9.5 Amp.
2. Seleccin de fusibles de proteccin ( F ):F = 1.6 2 x InF = 1.6
x 9.5 = 15.2F = 2.0 x 9.5 = 19.0Entonces:F = ( F1 + F2 ) / 2F =
17.1 18
Capacidad de los fusibles ( DZ ):Circuito de fuerza: 500 V / 18
A ( 3 Unidades )Circuito de mando o control: 500 V / 6 A ( 2
Unidades )3. Seleccin de Seccionador portafusible tripolar:Catalogo
de TelemecaniqueTabla 1Seccionadores portafusiblesTipo 6K1 EKPeso
0.430 Kg.Fusible 50 Amp.
4. Seleccin de contactores tripolares:a. Contactor principal ( L
):
b. Contactor Tringulo ( )
c. Contactor Estrella ( ):
Se necesitaran:Contactor Tripolar de 10 Amp / fase ( 2 Unidades
)Contactor Tripolar de 12 Amp / fase ( 14 Unidades )
Catlogo TelemecaniqueContactores tripolares:Tipo LC1 D1800V:
440Kw: 9Amp: 18Cantidad: 3 Unidades
Bloque de Contactores Auxiliares:Tipo: LA1 DN10 (Contacto
abierto) LA1 DN01 (Contacto cerrado)5. Seleccin de Rel Trmico:R
min. = IF x 0.8R Max = IF / 0.8 Donde: R min. F = 5.5 x 0.8 = 4.4 4
AmpR max F = 5.5 / 0.8 = 6.875 7 Amp.
R min. n = 9.5 x 00.8 = 7.6 8 Amp.R max n = 9.5 / 0.8 = 11.875
12 AmpPor Catlogo:Tipo : LR2 D1316Cantidad: 1 Unidad6. Seleccin de
pulsadores:Catlogo tabla 5:Unidades de mando:Tipo: XB2 BA3311
Contacto ( NA ) Rasantes ( Verde )Tipo: XB2 BA4342 Contacto ( NC )
Rasantes ( Rojo )
7. Seleccin de conductores:Cable Tipo THW:Descripcin:Conductor
de cobre electroltico recocido rgido, cableado concntrico,
aislamiento PVC.
Aplicaciones:Aplicacin general en instalaciones fijas: en
edificaciones, interior de locales con ambiente seco o hmedo,
conexiones de tablero de control y en general en todas las
instalaciones que requieren caractersticas superiores a TW.
Norma de Fabricacin:ITINTEC 370.048 ( calibre mm2 )
Calibres fabricados:De 2.5 mm2 a 500 mm2Entonces:Circuito de
Mando: THW N 16 AWGCircuito de fuerza: THW N 12 AWG
TABLAS
MaterialPeso lbs/pie3Cdigo de MaterialSerie del componenteFactor
Fm.
Esquisto, molido.85-9088C1/2362D2.0
Laca, polvo3131B635P1B.6
Silicn, dixido----
Slice, harina8080A40462D1.5
Slice, gel + -34545D337HKQU3D2.0
Slag, molido130-180155D337Y3D2.4
Slag, granulado.60-6563C1/2373D2.2
Teja, molida.80-9085C1/2362D2.0
Teja, polvo82-8584B6362D1.6
Fango, alcantarillado, seco40-5045E47TW3D.8
Fango, alcantarillado, polvo45-5550B46S2D.8
Jabn, granulado15-3525B635Q1 A-1B-1C.6
Jabn, pieza15-2520C1/235Q1 A-1B-1C.6
Jabn, detergente15-5033B635FQ1 A-1B-1C.8
Jabn, hojuelas5-1510B635QXY1 A-1B-1C.6
Jabn, polvo20-2523B625X1 A-1B-1C.9
Jabn, talco fino40-5045A20045XY1 A-1B-1C2.0
Refresco55-6560B6362D1.0
Refresco, ligero20-3528A4036Y2D.8
Aluminio de sodio7272B6362D1.0
Aluminio de sodio, fluoruro----
Aluminio de sodio, sulfato7575A100362D1.0
Sodio, bentonita ----
Bicarbonato de sodio----
Cloruro de sodio.----
Carbonato de sodio.----
Hidrato de sodio.----
Hidrxido de sodio.----
Borato de sodio.----
Nitrato de sodio.70-8075D325NS2 A -2B1.2
Fosfato de sodio.50-6055 A351 A-1B.9
Sulfato de sodio----
Sulfito de sodio.9696B646X2D1.5
Sorgo, semilla----
Soja, pastel40-4342D335W2 A-1B-1C1.0
Soja, agrietado30-4035C1/236NW2D.5
Soja, hojuelas crudas18-2522C1/235Y1 A-1B-1C.8
Soja, harina27-3029A4035MN1 A-1B-1C.8
Soja, resfro 4040B6351 A-1B-1C.5
Soja, picante4040B635T2 A-2B.5
Soja, entero45-5048C1/226NW-1.0
Almidn.25-5038A4015M1 A-1B-1C1.0
Acero, doblado.100-150125D346WV3D3.0
Azcar de remolacha, pulpa, seca12-1514C1/2262D.9
Azcar de remolacha, pulpa, hmeda25-4535C1/235X1 A-1B-1C1.2
Azcar refinada seca50-5553B635PU1B1.0-1.2
Azcar refinada hmeda.55-6560C1/235X1B1.4-2.0
Azcar, polvo50-6055A10035PX1B.8
Azcar, cruda55-6560B635PX1B1.5
Azufre, molido 50-6055C1/235N1 A-1B.8
Azufre, aterronado 380-8583D335N2 A-2B.8
Azufre, polvo50-6055A4035MN1 A-1B.6
Girasol, semilla19-3829C1/2151 A-1B-1C.5
Talco80-9085C1/2362D.9
Talco, polvo50-6055A20036M2D.8
Tanbark, polvo55
55B6451 A-1B-1C.7
Tabla N 2: Capacidad de Transportador Horizontal Screw
Cdigo de Clase de material.Grado de carga del conductoDimetro,
pulgadasMximo recomendado rpmCapacidad, pie3 por hora
At. Max rpmAt Min. Rpm
A-15A-25B-15B-25C-15C-2569
1214
16182024165155
145140
1301201101003681270
28204370
6060812010300164002.238.20
19.4031.20
46.7067.6093.70164.00
A-35A-45B-35B-45C-35C-45D-15D-25D-35D-45E-15E-25E-35E-45
69114
161820241201009085
8075706518054511601770
25003380437071001.495.4512.9020.80
31.2045.0062.50109.00
A-16A-26A-36A-46B-16B-26B-36B-46C-16C-26C-36C-46D-16D-26D-36D-46E-16E-26E-36E-46691214
1618202460555050
45454040903006451040
14002025250043601.495.4512.9020.80
31.2045.0062.50109.00
A-17A-27A-37A-47B-17B-27B-37B-47C-17C-27C-37C-47D-17D-27D-37D-47E-17E-27E-17E-27E-37E-47691214
1618202460555050
4545404045150325520
7001010125021800.752.726.4610.40
15.6022.5031.2054.60
Para capacidades del Transportador Screw, contactar FMC Tabla N
3: Servicio Normal
Grupo de Componentes 1A, 1B y 1C, Vuelos regulares y Conductos
Regulares
Dimetro Screw, pulg.Dimetro de Acoplamiento, pulg.Nmero
(1)Espesor o pulgadas
Vuelos HelicoidalesVuelo seccionalConductoCubierta
61 1/26H3046S30716ga16ga
91 1/29H3069S30714ga14ga
929H4069S40914ga14ga
12212H40812S40912ga14ga
122 7/1612H50812S50912ga14ga
142 7/1614H50814S50912ga14ga
16316H61016S61212ga14ga
18318H61018S61210ga12ga
203-20S61210ga12ga
243 7/16-24S71210ga12ga
(1) Nmero de referencia segn CEMA estndar N 300.
Tabla 4: Dimetro de tornillo, factor Fd
Dimetro de tornillo, pulg.FdDimetro de tornillo, pulg.Fd
412.01478.0
618.016106.0
931.018135.0
1037.020165.0
1255.024235.0
PLANOS
V.- RECOMENDACIONES
Lubricar las piezas mviles por medio de las graseras ubicadas en
ambas las extremidades de los cedazos. Lubricar las poleas
existentes en las extremidades del cilindro. Engrasar con esptula
la engranaje que acciona el transportador sin fin del extractor de
quebrados. Cambiar las paletas cuando desgastadas.
BIBLIOGRAFIA
Tesis: Diseo de una planta procesadora de alimentos balanceados
y harinas de Alfalfa para alimentacin de vacunos, porcinos y aves
en el Dist. De San Jos
Materiales y Equipos para mquinas transportadorasCatlogo 1000
Link Belt
Manual del Ingeniero MecnicoMarks
Diseo de elementos de mquinaFaires
Diseo de Elementos de Mquina I y IIAlva Dvila
Manual para la seleccin de RodamientosSKF
Manual para la seleccin de MotoreductoresDELCROSA
Manual para seleccin de CadenasBOSCO
Administracin y Direccin Tcnica de la ProduccinBUFFA
Por datos de INTERNET
Diseo de elementos de maquina IIPgina 77
