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ESTUDIO Y DISEÑO DE ELEVADOR DE CANGILONES PLANTA CEMENTOS
POLPAICO
INDICE GENERAL
INTRODUCCION.......................................................................................... 1
OBJETIVOS……………………………………………………………………… 3
CAPITULO I: FABRICACION DEL CEMENTO
1.1. Conceptos………………………………………………………………. 5
1.2. Extracción y molienda de la materia prima………………………….. 7
1.2.1. Materias primas…………………………………………………. 7
1.2.1.1. Pizarra…………………………………………………. 7
1.2.1.2. Caliza………………………………………………….. 7
1.2.1.3. Sílice…………………………………………………… 8
1.2.1.4. Hematita………………………………………………. 8
1.2.2. Tratamiento de las materias primas…………………………. 8
1.2.3. Dosificación…………………………………………………...... 10
1.2.4. Molienda de las materias primas…………………………….. 10
1.3. Producción del clínker…………………………………………………. 11
1.3.1. Homogenización……………………………………………….. 11
1.3.2. Almacenamiento de crudo…………………………………….. 12
1.3.3. Clinkerización…………………………………………………… 12
1.3.4. Enfriamiento del clínker……………………………………….. 14
1.3.5. Almacenamiento del clínker………………………………….. 14
1.4. Molienda de cemento…………………………………………………. 14
1.5. Almacenamiento de cemento………………………………………… 17
1.6. Envasado y despacho………………………………………………… 17
CAPITULO II: COMPONENTES Y CLASIFICACION DE UN ELEVADOR DE
CANGILONES
2.1. Elevador de cangilones…………………………………………....... ... 19
2.2. Partes principales del elevador de cangilones………………………. 20
2.2.1. Cangilones………………………………………………………. 20
2.2.2. Elemento sin fin…………………………………………………. 21
2.2.2.1 Bandas………………………………………………….. 21
2.2.2.2. Cadenas……………………………………………….. 22
2.2.3. Fijación atornilladota…………………………………………… 25
2.2.4. Conectores de cadena………………………………………… 26
2.2.5. Sistema motriz…………………………………………………. 27
2.2.6. Sección cabeza………………………………………………… 28
2.2.7. Estructura………………………………………………………. 29
2.2.8. Bota o pie……………………………………………………….. 29
2.3. Clasificación de los elevadores de cangilones……………………… 30
2.3.1. Según el tipo de carga………………………………………… 30
2.3.1.1. Directamente desde la tolva………………………… 30
2.3.1.2. Por dragado………………………………………….. 31
2.3.2. Según el tipo de descarga……………………………………. 32
2.3.2.1. Centrífuga……………………………………... ……. 32
2.3.2.2. Gravedad o continua…………………………. ……. 34
2.3.2.3. Positiva………………………………………… ……. 35
2.3.3. Según su elemento sin fin……………………………………. 36
2.3.3.1. Elevadores de correa………………………… ……. 36
2.3.3.2. Elevadores de cadena………………………………. 37
CAPITULO III: ANALISIS DE LAS VARIABLES DE DISEÑO
3.1 Pasos para el correcto diseño de un elevador de cangilones…….. 39
3.1.1. Determinación de la capacidad del elevador………………… 40
3.1.2. Selección de la rueda motriz………………………………….. 41
3.1.3. Cálculo de la cadena……………………………………………. 42
3.1.3.1. Selección de la cadena………………………………. 43
3.1.3.2. Cantidad de ramales………………………………….. 43
3.1.4. Cálculo de la carga de trabajo ejercida en la cadena……….. 44
3.1.5. Cálculo del torque……………………………………………….. 48
3.1.6. Cálculo de las revoluciones de la rueda motriz………………. 49
3.1.7. Cálculo de la potencia necesaria………………………………. 49
3.1.8. Cálculo para la selección del reductor de velocidad…………. 50
3.1.9. Cálculo del eje motriz……………………………………………. 52
3.1.9.1. Cálculo de las reacciones…………………………….. 54
3.1.9.2. Momento flector………………………………………… 56
3.1.9.3. Determinación de los esfuerzos cortantes………….. 57
3.1.9.4. Cálculo del diámetro del eje motriz………………….. 60
3.1.10. Cálculo de rodamientos y selección de soportes…………… 61
CAPITULO IV: MONTAJE Y MANTENIMIENTO EN ELEVADORES DE
CANGILONES
4.1. Montaje……………………………………………………………………. 65
4.1.1. Montaje de la cadena…………………………………………… 65
4.1.2. Montaje de los cangilones……………………………………… 66
4.2. Puesta en marcha del elevador……………………………………….. 69
4.3. Averías y perturbaciones en elevadores de cangilones…………….. 73
4.4. Mantenimiento y cuidados posteriores………………………………… 77
4.4.1. Comprobación de desgaste de la cadena……………………. 77
4.4.2. Comprobación de desgaste de las ruedas…………………… 77
4.4.3. Lubricación………………………………………………………. 78
4.4.4. Mantenimiento preventivo……………………………………… 81
4.5. Condiciones de seguridad……………………………………………… 83
CAPITULO V: COSTOS ASOCIADOS AL MANTENIMIENTO
5.1. Tipo de elevador……………………………………………………….. 85
5.2. Características y datos de servicio del elevador……………………. 85
5.3. Reporte del equipo……………………………………………………... 85
5.4. Cotización de servicio de mantenimiento……………………………. 87
CONCLUSIONES....................................................................................... 89
BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………. 91
ANEXOS…………………………………………………………………………. 93
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1: Bolas de acero utilizadas en los molinos
Figura 1.2: Efecto tipo catarata
Figura 1.3: Efecto tipo cascada
Figura 1.4: Molino de bolas
Figura 2.1: Cangilón o capacho
Figura 2.2: Transmisión mediante bandas
Figura 2.3: Grafico de desarrollo de la dureza en cadenas
Figura 2.4: Profundidad de temple
Figura 2.5: Fijación atornilladora
Figura 2.6: Conector de cadena
Figura 2.7: Representación de un conector
Figura 2.8: Recepción de carga desde una tolva
Figura 2.9: Carga mediante dragado
Figura 2.10: Descarga centrifuga
Figura 2.11: Descarga continua
Figura 2.12: Elevador de descarga positiva
Figura 2.13: Cadena de rodillos
Figura 3.1: Tensiones situadas en la rueda motriz
Figura 3.2: Eje motriz
Figura 3.3: Diagrama de cuerpo libre eje motriz
Figura 3.4: Diagrama de momento flector numero 1
Figura 3.5: Diagrama de momento flector numero 2
Figura 4.1: Asas para cangilones de sujeción lateral y posterior
INDICE DE TABLAS
Tabla 1.1: Características de los compuestos del clínker
Tabla 1.2: Óxidos existentes en las materias primas
Tabla 1.3: Reacciones producidas en la materia prima
Tabla 2.1: Medidas y pesos de conectores según catalogo Pewag
Tabla 3.1: Velocidades recomendadas
Tabla 3.2: Factores de servicio
Tabla 3.3: Valores de los coeficientes de choque y fatiga
Tabla 4.1: Información técnica de sujeción a cangilones
Tabla 4.2: Verificación de mantenimiento preventivo
INTRODUCCION
A través de la historia, el ser humano se ha visto en la necesidad de crear
elementos que le permitan trabajar y vivir de forma más cómoda. Esta necesidad lo
ha llevado a desarrollar una serie de herramientas, equipos y maquinarias acorde
con sus requerimientos, siendo el principal objetivo lograr que estos elementos sean
cada vez más perfectos, simples y útiles.
Aproximadamente el 75% de las operaciones que se realizan en la
producción de cemento son el transporte de materias primas y de producto
terminado.
Entre los objetivos de éste trabajo está la realización de un análisis a fondo de
un sistema de transporte tan específico y poco conocido como son los elevadores de
cangilones, para así de alguna manera masificar su conocimiento, se deben
comprender las características de los distintos tipos de elevadores existentes, lograr
un alto porcentaje de asertividad en el diagnostico de fallas, llevando a cabo las
respectivas soluciones y por supuesto ejecutando un correcto mantenimiento.
Se debe agregar como meta importante el conocimiento acabado del diseño y
selección de componentes de un elevador de cangilones para así obtener un
conocimiento óptimo para ejercer de buena manera en el área de sistemas de
transporte, específicamente en el diseño, operación y mantenimiento de los
elevadores.
Este trabajo de titulo comprende el desarrollo de un estudio a fondo del
elevador de cangilones, siendo éste quizás uno de los sistemas de transporte menos
conocido, pero a la vez uno de los equipos más críticos al interior de una planta
cementera.
1
Los elevadores de cangilones aparentemente simples en su funcionamiento,
requieren de una atención especial a través de inspecciones por parte del personal
que lo opera y el personal a cargo de su mantenimiento, ya que su capacidad de
transporte puede ser óptima si se lleva a cabo un correcto monitoreo del elevador.
Este trabajo de título esta conformado por cinco capítulos secuenciados,
permitiendo en el primer capítulo comprender todo el proceso del cemento realizado
en la planta. Luego en los capítulos posteriores se realiza una clasificación y
descripción de los componentes principales, para luego enfocarnos en el diseño de
un elevador especifico de la planta, como es el que alimenta a la máquina
ensacadora, para finalmente analizar el tipo de mantenimiento realizado y los costos
asociados a éste.
2
OBJETIVOS
GENERAL
Realizar un análisis extendido del funcionamiento y del rol que cumplen los
elevadores de cangilones al interior de una planta cementera, con el objetivo de dar a
conocer y masificar el conocimiento sobre un sistema de transporte tan específico
como el elevador de cangilones, para con esto ejercer de mejor manera en su
operación, diseño y mantenimiento.
ESPECIFICOS
Comprender las características y distinguir entre los distintos tipos de
elevadores de cangilones.
Obtener un conocimiento acabado del diseño y selección de componentes de
un elevador de cangilones.
Lograr una completa asertividad en el diagnostico de fallas, llevando a cabo
las soluciones que correspondan y ejecutando un correcto mantenimiento.
Obtener un conocimiento óptimo para ejercer de buena manera en el área de
sistemas de transporte, específicamente en el diseño, operación y
mantenimiento de los elevadores.
3
CAPITULO 1. FABRICACIÓN DEL CEMENTO
4
1.1. CONCEPTOS
Cemento: El cemento es una sustancia pulverizada que mezclada con el agua,
está en condiciones de endurecer ya sea en el aire, como debajo del agua. La piedra
de cemento en vía de formación presenta resistencias elevadas y no se disuelve en
el agua, (según la norma chilena Nch 148 0f68).
Entre los tipos de cementos a mencionar tenemos en primer lugar a los cementos
portland, ya que estos ocupan el primer lugar en la producción mundial y porque son
la base de la fabricación de los otros conglomerantes llamados cementos con
adiciones, en segundo lugar tenemos el cemento de tipo especial.
Cemento Portland: Es un cemento con un alto grado de resistencia que se
obtiene por la molienda conjunta de clínquer, puzolana y yeso (Nch 148 0f68).
Características:
Mayor finura de molienda que el cemento Polpaico Especial.
Producto que entrega altas resistencias iniciales y finales.
Endurecimiento rápido, que permite construcciones en menor tiempo.
Cemento Especial: Es un cemento puzolanico grado corriente que se fabrica por
la molienda conjunta de clínker, yeso y puzolana volcánica (Nch 148 0f68).
Características:
Es muy adecuado para obras en ambientes agresivos.
Garantiza la resistencia y durabilidad en el tiempo.
Tiene buen comportamiento frente a las sales y sulfatos.
Clínquer: Es el producto que está constituido principalmente por silicatos cálcicos.
Se obtiene por calentamiento hasta una temperatura que no podrá ser inferior a la
temperatura de fusión incipiente de una mezcla homogénea finamente molida, en
proporciones adecuadas, formada principalmente por cuatro componentes.
Compuestos del Fraguado Contribución Calor de Estabilidad
5
Clínquer Resistencia Hidratación Química
C3S (50%)Rápido
Alta (Poca Edad) Alto Buena
C2S (25%)Lento
Alta (Mayor Edad) Regular Muy Buena
C3A (5-12%)Muy Rápido
Poco Muy Alto Mala
C4AF (8-15%)Lento
Muy Poca Bajo Buena
Tabla 1.1 Características de los compuestos del clínker.
Silicato Tricálcico (3 CaO. SiO2), designado como C3S.
Silicato bicálcico (2 CaO. SiO2), designado como C2S.
Aluminato tricálcico (3 CaO. Al2O3), designado como C3A.
Ferroaluminato tetracálcico (4 CaO. Al2O3. Fe2O3), designado como C4AF.
C3S: Desarrolla la resistencia inicial del Cemento
C2S: Contribuye a aumentar las resistencias a largo plazo
C3A: Compuesto que posee el fraguado más rápido y el calor de hidratación
más elevado
C4AF: Este compuesto no tiene incidencia en las resistencias.
En la fabricación de cementos se distinguen tres etapas:
Extracción y molienda de la materia prima.
Producción del clínquer.
Molienda del cemento.
La fabricación de clínquer es el proceso que identifica a una industria de
cemento.
6
La molienda puede ser de clínquer más un pequeño porcentaje de yeso, en el
caso de producir cemento portland, o bien, molienda de clínquer más una adición de
escoria de alto horno y yeso, en el caso de producir cementos con adiciones.
1.2. EXTRACCION Y MOLIENDA DE LA MATERIA PRIMA
1.2.1. Materias primas
Las materias primas deben contener principalmente óxidos de calcio y de
silicio y, en proporciones menores, óxidos de aluminio y de fierro Además, los óxidos
deben estar en proporciones adecuadas.
Los óxidos de silicio, de aluminio y de fierro se pueden obtener de las arcillas
o de otros materiales que los contienen, tales como las escorias de altos hornos.
1.2.1.1. Pizarra
Se les llama "pizarra" a las arcillas constituidas principalmente por óxidos de
silicio de un 45 a 65%, por óxidos de aluminio de 10 a 15%, por óxidos de fierro de 6
a 12% y por cantidades variables de óxido de calcio de 4 a 10%. Es también la
principal fuente de álcalis. La pizarra representa aproximadamente un 15% de la
materia prima que formará el clínker.
1.2.1.2. Caliza
Se encuentra en las capas superficiales de muchos cerros y montañas, en
depósitos de profundidad variable, Los hay de más de 200 metros. Para la
fabricación de cemento se sacan volúmenes muy grandes porque la caliza
representa el 80% de las materias primas que forman el clínker. Por eso conviene
que esté cerca de la planta; de no ser así el costo del cemento se elevaría
demasiado por razón del acarreo.
7
1.2.1.3. Sílice
Eventualmente se agregan arenas sílicas que contienen de 75% a 90% de
sílice, para obtener el óxido de silicio requerido en la mezcla cruda.
1.2.1.4. Hematita
La hematita contiene entre 75 y 90% de óxido férrico. Con estos minerales se
controla el contenido de óxido férrico de la mezcla. La hematita constituye entre el 1
y 2% de la mezcla cruda.
Calcáreos (Caliza) CaO óxido de calcio “cal”
Arcilla (escoria de alto
horno)
SiO2 óxido de silicio ‘sílice”
A12O3 óxido de aluminio “alúmina’
Fe2O3 óxido de fierro
SiO2 óxido de silicio
Otros (correctores de
dosificación)
A12O3 óxido de aluminio
Fe2O3
óxido de fierro
Tabla 1.2 Óxidos existentes en las materias primas
1.2.2. Tratamiento de las materias primas
Dependiendo de la naturaleza de las materias primas y de condiciones en que
llegan a la planta de cemento, pueden sufrir uno o varios tratamientos primarios,
como:
Cribado.
Trituración
Prehomogeneización.
Secado.
Concentración de carbonato.
8
El cribado tiene por objeto separar los trozos de mayor tamaño que puedan
entorpecer el funcionamiento de los equipos.
En el caso de la escoria de alto horno, en este tratamiento se separan las
partículas grandes, a veces contaminadas con fierro metálico.
La trituración de las materias primas se realiza con el fin de que el molino sea
alimentado de manera óptima, de manera que es preciso triturar las grandes rocas
resultantes de las voladuras hechas para la obtención de esta. Se subdivide en
trituración primaria y trituración secundaria, siempre con un adecuado colector de
polvos.
La prehomogeneización se lleva a cabo mediante un sistema especial de
almacenamiento y recuperación de los materiales triturados, de tal forma que el
material resultante sea uniforme en distribución de tamaño y composición química.
De los patios de prehomogeneización los minerales son transportados por medio
de sistemas de bandas, y descargados a tolvas, las cuales alimentan a los
poidómetros para dosificar los materiales.
Los poidómetros son mecanismos que tienen una banda giratoria bajo la cual hay
una báscula electrónica. Si cae poco material, la velocidad de la banda aumenta y
viceversa.
El secado tiene por objeto reducir la cantidad de agua que tiene las materias
primas a límites compatibles con la buena marcha de los equipos.
La concentración de carbonato se realiza cuando los materiales calcáreos son
de bajo contenido de carbonato. Se emplean sistemas de flotación que permiten
separar el carbonato de calcio del resto de los componentes del mineral.
9
1.2.3. Dosificación
La dosificación depende de la composición química de las materias primas,
tratándose esta composición de los porcentajes de óxidos mencionados
anteriormente que contienen estas materias primas para lo cual es necesario realizar
continuamente análisis químicos que permitan dosificar con la mayor exactitud
posible.
Calizas + Arcillas + Correctores -----------------> Tº ----------------->Clínquer
% % óxidos % óxidos
Por lo tanto para dosificar un crudo será necesario tener en consideración lo
siguiente:
Definir el tipo de clínquer que se desea obtener.
Conocer las características y cantidades de los otros materiales que se
pueden agregar en el proceso, tales como polvos recuperados y cenizas.
1.2.4. Molienda de las materias primas
La molienda de las materias primas se realiza con el fin de reducir estas a lo
mas mínimo para facilitar así la reacción química de los distintos materiales en el
horno, proceso conocido comúnmente como clinquerización. Luego en los molinos se
realiza un muestreo a cada hora, se verifica la composición química mediante
análisis por rayos x, y con tamices predefinidos y estandarizados se comprueba la
finura del polvo. Al mismo tiempo se obtiene el mezclado de los distintos materiales.
El resultado del análisis indica si es preciso ajustar la dosificación y la finura,
ya que la mezcla cruda necesariamente debe conservar cierta relación entre los
óxidos de silicio, aluminio, fierro y calcio.
10
Se lleva un estricto control químico, además, las partículas de caliza no deben
ser mayores de 125 micras para garantizar una operación normal del horno si la
mezcla de polvo crudo no fuera uniforme, la operación del horno sería inestable y
tendería a enfriarse o a calentarse demasiado, lo que obligaría a ajustar la velocidad
o el flujo de combustible.
1.3 PRODUCCION DEL CLINKER
1.3.1. Homogeneización
La fabricación del clínker comienza con la homogenización. El producto de la
molienda se lleva a un silo homogeneizador, donde un sistema neumático mezcla el
material para mejorar su uniformidad y lo deposita en los silos de almacenamiento.
La operación de homogeneización, al usar el sistema de vía húmeda, se hace
en estanques agitadores mecánicos.
Se distinguen tres métodos para realizar las etapas de mezcla,
homogenización y conducción de la mezcla al horno: Vía húmeda, vía semi-húmeda
y vía seca.
En el método de fabricación por vía húmeda se requiere agua, para dispersar
y suspender en ellas las partículas de cada materia prima separadamente.
En el método por vía semi-húmeda se realizan las etapas de dosificación y
homogenización con partículas muy finas y secas, empleando corrientes de aire para
la movilización y mezcla. Una vez alcanzada la homogenización se agrega agua
hasta llegar a la humedad del 12%.
Cuando el método de fabricación es el seco, las etapas de dosificación,
homogenización y llevado al horno se efectúan aplicando aire a presión sobre las
partículas secas (la humedad no es mayor al 1%).
11
1.3.2. Almacenamiento de crudo
En la industria del cemento, la máquina más delicada y más cara es el horno.
Su trabajo a alta temperatura y su revestimiento refractario obliga a una operación
continua, debido a los serios riesgos que se corren en cada detención.
Es por ese motivo que se debe disponer de los silos de almacenamiento de
crudo, para asegurar una continuidad en el funcionamiento del horno.
1.3.3. Clinquerización
Es en esta etapa en donde se produce el verdadero proceso de
transformación, los materiales homogeneizados se calientan en el horno, hasta llegar
a la temperatura de fusión incipiente (1400 a 1500°C). Para calcinar los materiales se
pueden utilizar hornos verticales u hornos rotatorios, siendo estos últimos los más
usados. Los hornos verticales tienden a desaparecer, ya que son más difíciles de
operar y, por tanto, la calidad del clínquer no es tan homogénea.
Los hornos rotatorios son tubos de acero revestidos interiormente por ladrillos
refractarios, montados sobre polines, con una inclinación de 3 a 5 %, accionados por
motores que les permiten girar a una velocidad circunferencial promedio de 10
metros por minuto. Su diámetro y longitud dependen de la capacidad para la cual
fueron diseñados y pueden tener diámetros de 2 a 6 metros y longitudes de 60 a 200
metros.
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Rango de Tº en ºC Tipo de reacción
Calentamiento
20 – 100 Evaporación del agua libre
100 – 300 Perdida del agua absorbida
400 – 900Eliminación del H2O y grupos OH de los
minerales de arcilla
500Cambio estructural en los minerales
silicatos
600 – 900Disociación de los carbonatos (CO2 es
liberado)
800 Formación de belita, aluminatos y ferritas
1250Formación de la base liquida (aluminatos
y ferritas)
1450Reacciones finales y recristalización de
alitas y belitas
Enfriamiento
1300 – 1240Cristalización de la fase liquida,
principalmente en aluminatos y ferritas
Tabla 1.3 Reacciones producidas en la materia prima.
13
1.3.4. Enfriamiento del clínquer
A la salida del horno el enfriamiento del clínquer se hace con aire que pasa a
través de sistemas de parrilla móvil, o bien, a través de tubos planetarios que giran
solidarios al horno. De estos sistemas el clínquer sale con una temperatura inferior a
los 150 C.
1.3.5. Almacenamiento de clínquer
El clínquer debe permanecer en canchas techadas durante algún tiempo, para
que llegue frío al molino.
El almacenamiento debe hacerse en lugares libres de contaminación y sin
contacto con el agua, ya que se puede producir una hidratación parcial de los
compuestos.
1.4. MOLIENDA DE CEMENTO
En la molienda de cemento, el clínker se lo muele en conjunto con materiales
aditivos, tales como el yeso y la puzolana en proporciones definidas para obtener
como resultado final el cemento. Esta molienda consiste en reducir este conjunto de
materiales a polvo fino inferior a 150 micrones, debido a la finura que se trabaja en
los molinos de cemento, esta parte del proceso es la de mayor consumo energético
específico en la planta.
Molinos de bolas son utilizados para esta aplicación. Pueden estar
constituidos por una o dos cámaras separadas por un mamparo central. En cada una
de las cámaras se encuentran las cargas de bolas (grandes para la primera cámara,
entre 60 y 90mm; medianas y pequeñas para la segunda cámara, entre 15 y 60mm)
que rotan con el movimiento del molino generado por el sistema de accionamiento.
14
Figura 1.1 Bolas de acero utilizadas en los molinos
Las bolas grandes crean el efecto catarata, el material de alimentación es
triturado básicamente por impacto en la primera cámara, mientras que las bolas
pequeñas y medianas en la segunda cámara crean el efecto cascada, en este caso
los cuerpos moledores trabajan con fuerzas de fricción para realizar la molienda.
Figura 1.2 Tipo catarata Figura 1.3 Tipo cascada
Los molinos pueden ser de circuito abierto o circuito cerrado. En los molinos
de circuito abierto el material entra por un extremo del molino y sale terminado por el
otro extremo.
15
Los molinos de circuito cerrado cuentan con separadores. En este caso, los
materiales entran por un extremo del molino y salen por el otro hacia los
separadores, los cuales tienen por objeto separar las partículas finas, y enviarlas
como producto terminado, mientras que las partículas gruesas son devueltas al
molino.
Figura 1.4 Molino de Bolas.
16
1.5. ALMACENAMIENTO DE CEMENTO
Una vez terminada la fabricación del cemento le siguen dos etapas, la de
almacenado y su posterior envasado y despacho.
El almacenado se realiza en silos de hormigón. Estos silos tienen equipos
auxiliares adecuados para mantener el cemento en agitación y así evitar la
separación por decantación de los granos gruesos o la aglomeración. En ellos, el
cemento puede permanecer por varios meses sin que se afecte su calidad.
1.6. ENVASADO Y DESPACHO
Para el envase y despacho de cemento existen máquinas envasadoras
automáticas con sistemas aplicadores automáticos, obteniendo un rendimiento
mayor y un ambiente libre de polvo. El cemento es despachado desde la planta ya
sea en sacos de papel de 42.5 kilogramos o a granel.
Las bolsas de papel deben cumplir con ciertos requisitos de resistencia e
impermeabilidad. Se fabrican con un mínimo de tres pliegos para despachos
normales y un máximo de seis pliegos para transporte marítimo.
Desde los silos, el cemento es extraído neumática y mecánicamente por
aerodeslizadores y por elevadores para ser llevados a una tolva; luego pasarán por
una zaranda para la eliminación de cualquier objeto no deseado o tamaño no
deseado del grano, así el cemento es ensacado y todo el polvo generado va hacia
los filtros de mangas.
Los sacos son transportados por bandas hacia las paletizadoras automáticas y
montacargas llevan los pallets de sacos de cemento a su lugar de almacenamiento.
Los cementos fabricados en la planta se clasifican en dos categorías:
Cemento P400 de alta resistencia.
Cemento Especial.
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CAPITULO 2. COMPONENTES Y CLASIFICACION DE UN ELEVADOR DE
CANGILONES
18
2.1. ELEVADOR DE CANGILONES
Los elevadores de cangilones son altas estructuras metálicas en forma de
cajón, dentro de los cuales se encuentran varios cangilones que son una especie de
recipientes en donde se aloja el material a transportar unidos entre sí por cadenas
grandes o bandas dependiendo del tipo. La función de estos es la de recibir el
material en la parte baja para “elevarla” a una altura establecida, en donde
posteriormente verterán el material y retornaran vacíos para así continuar con el flujo
del proceso.
Un elevador de cangilones constituye el medio mas económico en el
transporte vertical de materiales a granel, y su uso hoy no solo se limita al transporte
de cereales tales como el arroz o el trigo como lo fue en un principio sino que se ha
extendido a materiales tales como el algodón, arena, cal, carbón y obviamente
siendo primordial su uso en plantas cementeras.
Es sumamente importante elegir el tipo apropiado de elevador según el
requerimiento específico y la aplicación. Esta selección depende de las
características del material a transportar, si es grumoso, fino, abrasivo o no abrasivo
y si estará a altas temperaturas o no.
Actualmente los elevadores de cangilones están totalmente aceptados en la
mayoría de las plantas nacionales, su sencillo diseño y funcionamiento son las
ventajas que hacen de este un equipo muy cotizado en las industrias cementeras, asi
como también en las plantas procesadoras de alimentos y la minería.
19
2.2. PARTES PRINCIPALES DEL ELEVADOR DE CANGILONES
2.2.1. Cangilones o capachos
Son los recipientes en donde se aloja el cemento transportado. Estos
recipientes pueden ser fabricados de una gran variedad de materiales dependiendo
del material a transportar. En el caso del cemento son construidos de planchas de
acero soldadas y con bordes reforzados si es necesario, siendo estos de fundación
maleable o de polímeros.
Los capachos pueden ser del tipo sin refuerzo del borde, con refuerzo del
borde frontal o con refuerzo de tres bordes.
Los que comúnmente son soldados de chapa de acero son apropiados para
material de transporte pesado, de naturaleza pulverulenta hasta grano grueso, como
por ejemplo arena, carbón, grava, cemento. En el caso de que el material a
transportar sea grano fino y del tipo no abrasivo, además de condiciones de trabajo
ligeras estos cangilones también pueden ser fabricados de materia sintética
(polyamid con aditamentos).
Figura 2.1 Cangilón o Capacho
20
2.2.2. Elemento sin fin
Este es el componente que lleva los cangilones llenos desde la bota o parte
inferior del elevador a la cabeza de éste. También conocido como el elemento sin fin
del equipo el cual puede ser del tipo banda o cadenas, trabajando las bandas con
tambores y las cadenas con ruedas dentadas. Su uso dependerá del tipo de
aplicación.
Este elemento sin fin cumple la doble función de ser el sistema de transmisión
de la potencia y la de ser el lugar en donde se fijaran los cangilones.
2.2.2.1. Bandas
La banda estándar se provee de pernos fuertes con la habilidad de soportar y
resistir a estiramientos. Es también resistente al aceite, desgaste, y tiene una
cubierta especial que resiste las cargas estáticas.
Figura 2.2 Transmisión mediante bandas
21
2.2.2.2. Cadenas
Para asegurar una marcha regular de la cadena sobre las ruedas motrices, los
ramales de cadenas son fabricados con una tolerancia de medida muy estrecha.
Debido al desgaste que se produce en las cadenas es que se recurre al
tratamiento térmico de templado por cementación teniendo en cuenta las condiciones
de trabajo para alcanzar una duración satisfactoria incluso en condiciones de trabajo
difíciles. Las cadenas templadas pueden ser utilizadas hasta una temperatura de
servicio de unos 200º C sin que se reduzca la dureza superficial.
Los sistemas de cadenas se desarrollan en base a una serie de ensayos
realizados por el fabricante dando paso asi a un mercado con estándares más altos y
competitivos.
Las cadenas presentan una alta resistencia a la ruptura y una resistencia a la
fractura debido a la excelente tenacidad de su núcleo.
A pesar de que los fabricantes han aumentado la profundidad de la
cementacion en las cadenas generalmente disminuye la resistencia a la ruptura, las
cadenas se distinguen por combinar una resistencia muy elevada al desgaste, con
tenacidad y resistencia a ruptura poco comunes. Estas son características que
permiten la operación segura de por ejemplo un elevador de cangilones de alto
rendimiento.
También las cadenas disponen de una resistencia a la fatiga, que contribuye
decisivamente a evitar las rupturas por fatiga durante la operación. Las resistencia de
las cadenas esta ajustada a la de los componentes de acuerdo a la tensión del
funcionamiento.
22
La utilización de aceros especiales permite fabricar cadenas y accesorios con
un temple profundo el cual posee una dureza superficial de por lo menos 750 HV 30,
obteniendo una alta estabilidad dinámica.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Figura 2.3 Grafico de desarrollo de la dureza en cadenas
23
Por lo general las cadenas transportadoras poseen una profundidad de temple
de E14 = 0.14d, junto con ruedas dentadas y ajustables facilitan incluso en caso de
material abrasivo una larga duración de servicio.
Figura 2.4 Profundidad del temple
Por lo tanto aquí se tiene una profundidad de endurecimiento del 14% del
diámetro del eslabón o simplemente como se menciono anteriormente un 0,14d.
24
2.2.3. Fijación atornilladora.
Una fijación atornillada cumple la función de unir el cangilon a la cadena, esta
se compone de dos mordazas de apriete, de un perno hexagonal interior, de una
tuerca de seguridad y de dos tuercas hexagonales. Este tipo de fijación atornillada
es el más usado y más ventajoso ya que se usa para la fijación de cangilones en
ramales de cadenas largos, no produciendo puntos débiles en el lazo de cadena,
además utilizable ya sea para ruedas dentadas o lisas. Su calidad de material
corresponde a un forjado en estampa mejorado.
Su montaje es muy simple, se introducen las mordazas de apriete sobre el
ramal de cadena tensado, luego se apreta el perno con la tuerca hexagonal
preferiblemente con una llave dinamométrica para dar con el par de apriete
adecuado.
Todas las partes llevan un revestimiento protector contra la corrosión. Al ir
libre la cabeza hexagonal del tornillo posibilita el desmontaje de las mordazas de
apriete, incluso si están fuertemente corroídos.
Figura 2.5 Fijación atornilladora
25
2.2.4. Conectores de cadena
La función de estos conectores es juntar los ramales individuales y cerrar los
lazos de cadena. Los conectores pueden ser montados como eslabones
horizontales o verticales. Su montaje es fácil debido a su seguro por el manguito de
sujeción.
Su calidad de material corresponde a un forjado en estampa y trabajados a
precisión.
Figura 2.6 Conector de cadena
Figura 2.7 Representación de un conector
26
CódigoDiámetro
dPaso t
Ancho interior b1
Ancho exterior
b2
Peso kg/pza
VHV 14x50 14 50 16 45 0.25
VHV 16x64 16 64 20 53 0.40
VHV 19x75 19 75 22 63 0.60
VHV 22x86 22 86 26 73 1.00
VHV 26x100
26 100 31 84 1.50
VHV 30x120
30 120 36 99 2.55
VHV 34x136
34 136 41 112 3.70
Tabla 2.1 Medidas y pesos de conectores según catalogo Pewag.
2.2.5. Sistema motriz
El componente principal del sistema motriz es el motor eléctrico, usualmente
proveído para usarlo como recurso de potencia para el elevador, además de ser el
encargado de generar el movimiento al sistema. Generalmente está ubicado en la
parte superior del Elevador. Entre los elementos que pertenecen al sistema motriz
tenemos al motor, reductor, ejes, tambor motriz en el caso de que el elemento sin fin
utilizado se trate correas o cinta y rueda motriz en el caso de que se utilicen cadenas.
Además tenemos la polea y correa en V, usadas entre el motor y el reductor
para proveer la velocidad adecuada de operación en el elevador.
27
2.2.6. Sección cabeza
La cabeza es el componente localizado en la parte superior del elevador.
Consiste de una caja de acero que soporta la transmisión, rueda motriz, ya sea
dentada o lisa, motor y la transmisión reductora.
En la cabeza del elevador se ubica un ventilador que se provee para el escape
del aire que puede entrar al elevador a través del distribuidor. Los ventiladores en la
cabeza son estándar y son instalados comúnmente en la fábrica. Los elevadores
pueden tener puerta de inspección en vez de ventiladores en la cabeza si son
requeridos.
Otro elemento es el dispositivo de desfogue ubicado también en la parte
superior, montado en la cubierta de la cabeza. Este dispositivo esta diseñado a
soltarse bruscamente si hubiese una explosión dentro de la caja del elevador,
reduciendo así los daños a este. Este dispositivo es opcional.
Ver detalles en anexo número 2.
28
2.2.7. Estructura
La estructura es la parte del elevador conocida también como caja o
envoltura, esta parte es manufacturada en secciones. Forma la estructura para
soportar la cabeza, la plataforma de servicio, escalera, jaula, etc. Provee protección
contra el polvo e impermeabilidad contra el agua para la banda o cadena del
elevador y cangilones. La caja puede ser diseño simple o doble. La puerta de servicio
es una sección de la caja con paneles removibles para permitir acceso para el
mantenimiento a la banda/cadena y cangilones.
Esta estructura esta fabricada con perfiles de acero recubierta generalmente
con planchas de acero de aproximadamente 5 mm de espesor. Generalmente esta
estructura, para facilitar el montaje, se subdivide en módulos con una altura
aproximada de 3 metros, esto dependiendo de la altura completa del elevador, los
que posteriormente se apernarán para formar una gran estructura soportadora.
2.2.8. Bota o pie
La bota o pie es el componente inferior del elevador. Recibe el material para
ser elevado. Se compone de tambor o rueda conducida, soportes de rodamientos y
eje conducido. El tensor esta localizado normalmente en la bota, y es usado para
guiar la banda o correa y tensar la cadena.
Detalles de la estructura y pie del elevador en anexo número 3.
29
2.3. CLASIFICACION DE LOS ELEVADORES DE CANGILONES
Los elevadores de cangilones se pueden clasificar según el material que se va
a transportar, por como van montados los cangilones sobre el elemento sin fin y por
el tipo de elemento sin fin que ocupa.
Su clasificación es la siguiente:
2.3.1. Según el tipo de carga
2.3.1.1. Directamente desde la tolva
Los cangilones reciben el material desde una tolva, cayendo a estos
directamente por gravedad.
Se emplean para el transporte de materiales constituidos por pedazos grandes
y del tipo abrasivos. La velocidad de desplazamiento del órgano de tracción es baja.
Figura 2.8 Recepción de la carga desde una tolva.
30
2.3.1.2. Por dragado
Los cangilones se cargan parcialmente actuando como brazo de arrastre
desde el fondo, el resto del cangilón se llena en forma directa.
Se emplean para el transporte de materiales que no ofrecen resistencia a la
extracción, pulvurulentos y de granulación fina.
Figura 2.9 Carga mediante dragado
31
2.3.2. Según el tipo de descarga
2.3.2.1. Centrifuga
Como su nombre lo indica la descarga del cangilón se efectúa por fuerza
centrífuga al momento de girar la correa o cadena sobre el tambor de mando. Esto
quiere decir que es solo el efecto de la inercia en un movimiento circular lo que
produce la descarga, no es causada por la interacción de otro cuerpo físico.
Los Elevadores de descarga centrífuga están diseñados especialmente para
materiales de escurrimiento, ya sea de flujo libre, fino y terrones pequeños.
Las velocidades pueden ser relativamente altas para materiales bastantes
densos, pero se debe reducir para materiales esponjosos y polvorosos, con el fin de
evitar que se origine un tiro hacia arriba que arrastre el material. Las altas
velocidades garantizan la descarga del material por acción de la fuerza centrífuga.
Su punto de alimentación es considerablemente más bajo que el de descarga
por gravedad, disminuyendo el tamaño del conjunto de pié y por ende, el costo del
equipo.
32
Cabe señalar que la descarga centrífuga se practica con elevadores de cinta y
de cadena, entre las características de este tipo de elevadores tenemos las
siguientes:
Los cangilones van montados en una o varias filas según su diseño.
La carga se efectúa normalmente por dragado del material depositado en la
parte inferior del transportador.
La distancia de separación entre cangilones es de dos a tres veces la altura
del cangilón. Su separación es para evitar la interferencia de carga o
descarga.
Es el tipo de elevador mas usado en la industria
Grandes velocidades de desplazamiento (entre 1.2 a 1.4 m/seg.).
Se los utiliza para capacidades pequeñas de hasta 50 ton/h por ser los menos
costosos.
Se usan para materiales livianos y secos.
Figura 2.10 Descarga centrifuga
33
2.3.2.2. Gravedad o continua
El elevador de cangilones del tipo de descarga por gravedad o continua suele
utilizarse para materiales mas difíciles de manejar. Los cangilones están instalados
en forma continua y con muy poco espaciamiento entre ellos, y la descarga se
efectúa por gravedad, utilizando la parte inferior del cangilón precedente como tolva
de descarga. La carga se realiza directamente desde tolva (no por dragado).
Se dan casos en que este tipo de elevadores funcionan en un plano inclinado,
para mejorar las condiciones de carga y descarga.
Las velocidades de operación son bajas y debido a las cargas pesadas, la
cadena que soporta a los cangilones va habitualmente sobre vías en las corridas de
elevación y regreso.
Entre sus características podemos señalar las siguientes:
Bajas velocidades de desplazamiento (0.5 y 1.0 m/s)
El conjunto motriz es más grande que el de descarga centrifuga, debido a que
opera a una velocidad menor.
Se aprovecha el propio peso del material para la descarga del mismo.
Transportan materiales frágiles, muy húmedos o de alta granulometría.
Figura 2.11 Descarga continua o por gravedad.
34
2.3.2.3. Positiva
Los elevadores de cangilones espaciados y de descarga positiva son
esencialmente iguales a los anteriores, con la diferencia de que los cangilones están
montados en los extremos con dos cordones o torones de cadena.
Se los utiliza para materiales livianos y aireados. La velocidad de estas
unidades es relativamente baja, la cantidad de cangilones es grande al tener un
espaciamiento estrecho para alcanzar los niveles de capacidad de los elevadores de
tipo centrífugo.
Figura 2.12 Elevador de descarga positiva
35
2.3.3. Según su elemento sin fin
2.3.3.1. Elevadores de correa
Los Elevadores con elemento sin fin de correa, se ocupan preferentemente
para transportar cereales. Se debe evitar el uso de correas cuando se desea
transportar un material que posea puntas corno algunas piedras y que no posea un
grado de humedad muy elevado, ya que si el agua llega a mojar la cara de la correa
que contacta con el tambor, disminuirá la fricción, produciéndose el consiguiente
deslizamiento de la correa sobre el tambor.
Uno de los factores importantes en este tipo de elevadores es el alineamiento
de la correa, ya que una falta de alineación de esta provocaría problemas tales como
rotura de correa, arrancamiento de cangilones y daños estructurales en el elevador.
Las causas de desalineación de correa más comunes en un sistema de
elevación son:
Uniones de correa fuera de escuadra.
Fijación de cangilones fuera de escuadra.
Carga del elevador descentralizada.
La doble conicidad de tambores de mando puede ser un auxiliar importante en
la alineación de la correa, pero podrá ser utilizada solamente en aquellos casos
donde el cangilón lo permita.
36
2.3.3.2. Elevadores de cadena
Los Elevadores con elemento sin fin de cadena son aconsejables de utilizar en
condiciones extremas de trabajo, como es el caso de transporte de material a altas
temperaturas o de gran tonelaje.
Estos Elevadores pueden poseer una cadena central o dos cadenas laterales
dependiendo de la solicitación.
Las cadenas se clasifican en dos tipos:
2.3.3.2.1. Cadenas comunes
Unidas entre sí sólo por eslabones. Son construidas principalmente de aceros
y se acoplan a ruedas dentadas o a poleas lisas con acanaladuras transmitiendo la
potencia por acción de la fuerza de roce.
En este tipo de transmisión es común ver fabricadas las cadenas con aceros
cementados. En calidad normal pueden resistir cargas de rotura de hasta 6.000
kp/cm2.
2.3.3.2.2. Cadenas de rodillos
Son las cadenas más comúnmente utilizadas en los Elevadores de capachos,
clasificándose en cadenas para transmisión y cadenas para transportadores. El
movimiento se transmite a través de ruedas dentadas, las que no admiten
deslizamiento y con ello garantizan el alineamiento entre la cadena y el capacho.
Figura 2.13 Cadenas de rodillos
37
CAPITULO 3. ANALISIS DE LAS VARIABLES DE DISEÑO
38
3.1. PASOS PARA EL CORRECTO DISEÑO DE UN ELEVADOR DE
CANGILONES
Lo primero que debemos determinar es el tipo de elevador. Debido a que el
material a transportar es cemento, la carga de este se realizara en una combinación
de dragado y directamente desde la tolva, comúnmente llamada como carga mixta,
tal y como son todos los elevadores existentes en la planta, ya que el cemento
resulta fácil dragarlo debido a lo fino que resulta, mientras que su descarga será
centrifuga.
Otro punto importante en determinar es el tipo de transmisión, debido a la
abrasividad que presenta el cemento se ocupa transmisión por cadena, ya que estas
son capaces de soportar condiciones adversas de trabajo y la transmisión por cinta o
banda son menos resistentes y mas vulnerables en condiciones extremas.
Los cálculos de diseño aplicados a continuación corresponden al elevador que
mantiene el llenado constante de la maquina envasadora Haver en la sección
paletizado de la planta.
Lo primero en tomar en cuenta en la parte de cálculos es la capacidad del
elevador, la cual dependerá exclusivamente de la cantidad de sacos producidos, en
la planta nunca se superan los 15.000 sacos diarios de producción, por lo tanto,
sabiendo que los sacos pesan 42,5 kilogramos tenemos:
Por lo tanto la capacidad del elevador que se calculara debe sobrepasar las
80 .
39
3.1.1. Determinación de la capacidad del elevador de cangilones
Para calcular la capacidad Q del elevador en toneladas/hora recurrimos a la
siguiente fórmula:
Ecuación 3.1
Donde:
: Velocidad de la cadena
: Densidad del cemento (ver anexo 4)
: Capacidad del cangilón
: Paso de cangilón
La velocidad de la cadena variará según el tipo de descarga que posea el
elevador (tabla 3.1), mientras que la distancia entre cangilones o paso de cangilón
variara según la capacidad que queramos obtener, siendo la mas idónea para el
caso un paso de 0,4 .
Tipo de descargaVelocidad recomendada
en m/s
Centrifuga 1,10 – 1,45
Continua 0,60 – 0,80
Tabla 3.1 Velocidades recomendadas
40
Respecto a la capacidad del cangilón obtenida de catalogo del tipo
B 315x200x3 M 70/5699 DIN 15234 con un peso de 5,09 kilogramos y una capacidad
de 5,8 litros.
Luego reemplazando en ecuación 3.1 tenemos:
Como la capacidad que se requería era de 80 toneladas/hora, entonces la
distancia entre cangilones que se estableció se ajusta con lo requerido, así también
la velocidad de la cadena.
3.1.2. Selección de la rueda motriz
Las ruedas seleccionadas tanto la rueda motriz como la de reenvío
(conducida) corresponden a ruedas lisas del tipo UR de diámetro primitivo Dp = 513,
del tipo doble, ya que estas son las que proporcionan la mayor estabilidad en la
cadena y cangilones.
Rueda de:
Dp: 513 mm
Para cadena de diámetro igual a 13 mm
Peso : 40 Kg.
(Ver anexo 6)
41
3.1.3. Calculo de la cadena
Lo primero en calcular es la longitud que tendrá la cadena, recurriendo a la
siguiente formula:
Ecuación 3.2
Donde:
: Longitud de la cadena
: Longitud entre centros
: Desarrollo medio de ruedas
Desarrollo medio rueda motriz:
Desarrollo medio rueda conducida:
Por lo tanto reemplazando en ecuación 3.2
42
3.1.3.1. Selección de la cadena
Una vez calculada la longitud de la cadena se procede a la selección del tipo
de cadena, tomando en cuenta parámetros como la altura del elevador, la velocidad
de transporte, el tipo de material y al tipo de carga que ésta será sometida.
De acuerdo a lo mencionado se selecciona una cadena del tipo DS G40 E14
(Ver anexos 7 y 8).
3.1.3.2. Cantidad de ramales
Una vez seleccionado el tipo de cadena calculamos la cantidad de ramales
que necesitaremos ya que la correcta forma de pedido es por ramales.
Ecuación 3.3
Donde:
: Longitud ramal
: Paso
: Número de eslabones
Reemplazando en ecuación 3.3
Por lo tanto se necesitaran 2 ramales de 10750 mm (Ver anexo 8)
43
3.1.4. Cálculo de la carga de trabajo ejercida en la cadena
Para determinar la carga de trabajo ejercida en la cadena se debe saber que
fuerza está actuando en ella.
T1 T2
Figura 3.1 Tensiones situadas en la rueda motriz
La fuerza que debe resistir la cadena es la tensión de carga que se sitúa en el
ramal mas cargado (T1), es decir el ramal o lado de la cadena que lleva los
cangilones llenos de cemento.
Obtenemos T1 y T2 con las siguientes fórmulas:
Ecuación 3.4
Ecuación 3.5
Donde:
44
: Tensión de carga en el ramal más pesado
: Tensión de carga en el ramal liviano
: Distancia entre ejes
: Peso del cemento
: Peso de los cangilones
: Peso de cadena y accesorios
Comenzamos por calcular el peso del cemento :
Ecuación 3.6
Donde:
: Densidad del cemento
: Capacidad del cangilón
: Paso de cangilón
Reemplazando en ecuación 3.6 tenemos:
Luego calculando el peso de los capachos tenemos que:
45
Ecuación 3.7
Donde:
: Peso del cangilón (ver anexo 5) = 5,09
: Numero de cangilones por metro
2,5
Reemplazando en ecuación 3.7:
Ya obtenidos todos los datos, finalmente reemplazamos en ecuación 3.4:
De acuerdo a la selección de la cadena según catalogo, corregimos T1 en la
ecuación 3.4 agregándole el peso propio de la cadena (a).
46
Reemplazando nuevamente en ecuación 3.4 tenemos:
Ya obtenida la tensión de carga en el lado mas pesado de la cadena (T1),
calculamos el lado mas liviano (T2), reemplazando en la ecuación 3.5:
Debido a que en las cadenas influyen diferentes factores que afectan al
normal funcionamiento del equipo se aplica en pequeño factor de seguridad al ramal
mas pesado (T1), siendo factores conocidos tales como la fuerza de roce o la fuerza
centrifuga, influyendo en un mayor grado esta ultima debido a que el elevador posee
una descarga centrifuga.
Multiplicando T1 por un factor de seguridad (z) obtenemos:
47
3.1.5. Calculo del torque
Determinamos el torque multiplicando la fuerza tangencial, la cual
obtenemos de la ecuación 3.9 a partir de la diferencia de cargas entre el ramal más
pesado y el liviano por el radio de rueda seleccionada.
Ecuación 3.8
Donde:
: Torque
: Fuerza tangencial
: Radio de la rueda motriz
Ecuación 3.9
Entonces reemplazando en ecuación 3.9:
Luego reemplazando en ecuación 3.8 tenemos:
48
3.1.6. Calculo de las revoluciones de la rueda motriz.
Los datos necesarios para calcular las rpm (revoluciones por minuto) de la
rueda son los siguientes:
Ecuación 3.10
Donde:
: Revoluciones de la rueda
: Velocidad de la cadena
: Diámetro de la rueda (Anexo 6)
Reemplazando en ecuación 3.10
3.1.7. Cálculo de la potencia necesaria
Calculamos la potencia de acuerdo a datos obtenidos anteriormente, tales
como el torque (T) y las revoluciones por minuto (N) con la siguiente fórmula:
Ecuación 3.11
Entonces reemplazando en ecuación 3.11:
49
Una vez calculada la potencia que requerirá el equipo, seleccionamos el
tipo de motor a utilizar, el cual será un motor asíncrono trifásico de cuatro polos con
rotor de jaula de ardilla de 4 kw de potencia, siendo este el tipo más utilizado al
interior de la industria (anexo 9).
3.1.8. Calculo para la selección del reductor de velocidad
Ya calculada la potencia necesaria y seleccionado el motor seguimos con la
selección del reductor de velocidad.
Ecuación 3.12
Donde:
Velocidad angular de entrada del motor
Velocidad angular de salida del eje
Reemplazando en ecuación 3.12 tenemos que:
Ya obtenida la relación de trasmisión, calculamos la potencia corregida de
entrada.
50
Ecuación 3.13
Donde:
Potencia requerida
Factor de servicio
Condiciones
de trabajo
Motores eléctricos Motores diesel
8 – 10 horas 24 horas 8 - 10 horas 24 horas
Uniforme 1 1.25 1.25 1.50
Semi-pesado 1.25 1.50 1.50 1.75
Pesado 1.50 1.75 7.75 2
Tabla 3.2 Factores de servicio
Debido a que los elevadores de cangilones presentan una condición de
trabajo uniforme y que la cantidad de horas superan las diez, nuestro factor de
servicio es de 1.25.
Reemplazando en ecuación 3.13:
51
Una vez ya obtenida la relación de transmisión y la potencia corregida de
entrada seleccionamos el reductor de velocidad, tomando en cuenta además como
parámetro principal la velocidad de salida del reductor, que es la que necesitamos
para nuestro sistema.
El reductor seleccionado corresponde al tipo BOX110 con una relación de
transmisión de 1:30 y una velocidad angular de salida de 46,7 (Ver anexo 10).
3.1.9. Calculo del eje motriz
El eje o árbol es el elemento destinado a que las ruedas puedan girar
libremente, además de ser el encargado de transmitir la potencia, estando sometido
en la mayoría de los casos a esfuerzos combinados como lo son el de torsión que es
el que se produce al transmitir el torque y el de flexión debido a las cargas radiales.
Es así como los ejes en general quedan expuestos a esfuerzos de fatiga,
especialmente en flexión, poniendo así énfasis en realizar un correcto cálculo del
diámetro del eje tomando en cuenta cada una de las variables.
Los diámetros normalizados para el correcto dimensionamiento de ejes son
los siguientes:
10; 12; 15; 17; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160;
180; 200; etc., aumentando de 20 en 20 mm hasta 500 mm cuando sobre ellos se
deban montar rodamientos.
52
En relación al calculo de nuestro eje motriz tenemos que esta apoyado en
los descansos 1 y 2, situándose en estos puntos las reacciones R1 y R2,
agregándose el peso K que representa a la rueda motriz, la cadena, cangilones y
accesorios y M representando el peso del moto reductor.
Por lo tanto de acuerdo a lo anterior tenemos que:
Ecuación 3.14
Donde:
(Anexo 6)
Por lo tanto de acuerdo a ecuación 3.12 tenemos que:
(Anexo 9)
53
Figura 3.2 Eje motriz
3.1.9.1. Calculo de las reacciones.
Tal como lo muestra la figura 3.2, en los puntos 1 y 2 tenemos las
reacciones R1 y R2, las cuales calcularemos a continuación de acuerdo al diagrama
de cuerpo libre (figura 3.3).
De acuerdo a los conocimientos adquiridos sabemos que siendo este un
sistema en equilibrio las sumatorias de momentos y de fuerzas serán igual a cero.
54
Figura 3.3 Diagrama de cuerpo libre de eje motriz
De acuerdo a la figura 3.3 realizamos sumatoria de fuerzas en el eje y,
teniendo la siguiente ecuación:
Luego momentando en el punto 1 tenemos:
55
Una vez obtenida la reacción en el punto 2 reemplazamos en la sumatoria de
fuerzas en el eje y ( ), obteniendo así R1.
3.1.9.2. Momento flector
Obtendremos dos momentos flectores, un momento K, que es el provocado
por la fuerza K/2 y el momento en el punto 2 producido por el peso del motor (M).
De acuerdo a esto tenemos:
Figura 3.4 Diagrama del momento flector en K
56
Figura 3.5 Diagrama del momento flector en el punto 2
3.1.9.3. Determinación de los esfuerzos cortantes
Para determinar los esfuerzos cortantes ( ) debemos considerar las
propiedades físicas del acero utilizado para el diseño del eje. Para tal caso
seleccionaremos un tipo de acero SAE, del cual extraeremos sus propiedades
físicas y mecánicas tales como el limite a la ruptura ( ) y el limite de fluencia
( ).
La tabla del anexo 14 relaciona la nomenclatura AISI-SAE con los valores de
límite de fluencia, porcentaje de alargamiento y dureza brinell.
57
De acuerdo al anexo 14 utilizamos un acero SAE 10-45, ya que es el acero
mas corrientemente usado en el diseño de ejes, ya que posee un muy buen
contenido de carbono, siendo este el elemento que le otorga la dureza y una mayor
resistencia mecánica, con un costo moderado. Sin embargo al someterlo a un
tratamiento térmico por templado su estructura interna sufre deformaciones,
disminuyendo su resistencia a la fatiga.
Las características del tipo de acero seleccionado son las siguientes:
Una vez determinados los límites de fluencia y ruptura nos enfocamos en el
método que utilizaremos para determinar el diámetro del eje.
Existen varios métodos, unos más precisos que otros y algunos mas
sofisticados con niveles medios y altos de complejidad. Los mas básicos en su
desarrollo cuentan con una menor exactitud, de tal modo que para compensar el
grado de incertidumbre que se produce en su calculo se recurre a aplicar elevados
factores de seguridad y factores de servicio, resultando por ello bastante
conservadores y discretos los valores obtenidos en sus dimensiones.
El método que presentamos a continuación es uno que con el correr de los
años ha sido el más ampliamente usado en el dimensionamiento de toda clase de
ejes, resultando bastante confiable. Se trata del código ASME que fue presentado
como “Código para proyectos de ejes de transmisión”
58
Este código utiliza los esfuerzos cortantes para el cálculo de árboles,
determinando la resistencia admisible de dos maneras:
a) Multiplicando por 0,30 el valor del límite de fluencia del material (acero SAE 10-45)
del eje, expresado en .
Ecuación 3.15
b) Multiplicando por 0,18 el valor de la resistencia a la ruptura del material (acero
SAE 10-45) del eje expresado en .
Ecuación 3.16
Reemplazando en ecuación 3.13
a)
Reemplazando en ecuación 3.14
b)
Una vez calculada la resistencia admisible aplicando ambas fórmulas de las
ecuaciones 3.13 y 3.14, se comparan los valores obtenidos, utilizando para el
cálculo del diámetro del eje el valor que resulte menor de entre ellos, osea el valor
del caso “b”.
3.1.9.4. Calculo del diámetro del eje motriz
59
Cuando usamos el método del código ASME debemos aplicar los coeficientes
de servicio llamados coeficientes de choque y fatiga, Ks y Km respectivamente,
indicados en la tabla 3.2.
Tipo de carga
Ks
Km
Ejes fijos (esfuerzo de flexión sin inversión)
- Carga aplicada gradualmente 1,0 1,0- Carga aplicada repentinamente 1,5 a 2,0 1,5 a 2,0
Ejes giratorios (esfuerzos de flexión con inversión)
- Carga constante o aplicada gradualmente 1,5 1,0- Carga aplicada repentinamente, con choque ligero
1,5 a 2,0 1,0 a 1,5
- Carga aplicada repentinamente, con choque fuerte
2,0 a 3,0 1,5 a 3,0
Tabla 3.3 Valores de los coeficientes de choque y fatiga
De acuerdo a los valores de la tabla 3.2 seleccionamos los coeficientes de
choque y fatiga con Ks = 1,5 y Km = 2,0 para luego aplicar la formula para el calculo
del diámetro del eje (d), según el código ASME.
Ecuación 3.17
Donde:
60
= Esfuerzo admisible
= Torque
= Coeficiente numérico combinado de choque y fatiga aplicar en cada caso
para multiplicar al momento torsor calculado.
= Coeficiente numérico combinado de choque y fatiga aplicar en cada caso
para multiplicar al momento flector calculado.
Luego reemplazando en ecuación 3.15 tenemos:
Diámetro del normalizado a 60
3.1.10. Calculo de rodamientos y selección de soportes
Debido a la gran variedad de rodamientos existentes se deben tomar en
cuenta algunos criterios para su selección, tales como el tipo de maquina,
condiciones ambientales, disposición del eje, etc.., además de evaluarse factores de
influencia tales como los tipos de carga a que serán sometidos, velocidad, espacio
de montaje, temperatura y ruido (en caso de que se exija un funcionamiento muy
silencioso). Otro criterio importante es la exigencia pedida al rodamiento, ya sea su
vida útil en horas de servicio, precisión, temperatura de servicio, lubricación y
mantenimiento, montaje y desmontaje, etc.
Para el correcto calculo de los rodamientos utilizaremos las cargas que
afectan al eje (R1 = 283,37 Kg. Y R2 = 376,5162 Kg.)
61
Consideraremos 25.000 horas de trabajo continuo, con el fin de obtener la
capacidad de carga radial (C) y así obtener el más importante parámetro de
selección de rodamientos y soportes a partir de la siguiente formula:
Ecuación 3.18
Donde:
= Factor de servicio
= Carga radial
Aplicamos la formula para el calculo del factor de servicio Z.
Ecuación 3.19
Donde:
= Velocidad de giro en rpm.
= Cantidad de horas de servicio
= Índice de la raíz de la formula siendo p = 3 para rodamientos rígidos de
bolas y p = 10/3 para rodamientos de rodillos.
Entonces reemplazando en ecuación 3.19 tenemos lo siguiente:
62
Luego reemplazando en ecuación 3.18 con reacción R1 tenemos:
Nuevamente reemplazando en ecuación 3.18 con reacción R2:
Entre los tipos de rodamientos mas conocidos y usados están los rodamientos
de bolas, de rodillos y rodillos cónicos, de una y dos hileras.
De acuerdo a cálculos y criterios de selección de rodamientos señalados en
un principio se seleccionan rodamientos de rodillos de una hilera, los cuales resisten
grandes esfuerzos, cargas repentinas con choques, desalineamientos de gran
consideración y grandes cargas radiales.
Específicamente son rodamientos del tipo de rodillos de una hilera para un
diámetro de eje de 60 mm del tipo NU1012M1, con una capacidad de carga dinámica
de 44.000 y con sus correspondientes unidades de soporte del tipo P16212 y
soportes del tipo P212. (Ver anexos 11, 12 y 13).
63
CAPITULO 4. MONTAJE Y MANTENIMIENTO EN ELEVADORES DE
CANGILONES
64
4.1. MONTAJE
4.1.1. Montaje de la cadena
Para un correcto montaje de la cadena y cangilones debe instalarse sobre la
carcasa superior del elevador una segura estructura temporal. Puede utilizarse una
torre grúa cuando este disponible el acceso por encima del elevador para levantar la
cadena completa dentro del elevador.
El siguiente procedimiento esta basado en el uso de un tecle suspendido
sobre el elevador:
Saque la carcasa superior del elevador para conseguir el pleno acceso a las
ruedas para la cadena.
Compruebe que los centros de las ruedas motrices estén en el mismo plano
que el resto de las ruedas, o sea, que coincida con los centros de la
cadena, corrija si fuera necesario.
Compruebe que el eje de la rueda motriz y los ejes de las ruedas intermedias
estén completamente horizontales utilizando un nivel de burbuja de aire.
Levante las ruedas intermedias y el dispositivo de tensión hasta su posición
más alta y afiance.
Saque los ramales de cadena de las cajas o jaulas y ponga sobre el suelo
ambos ramales emparejados casando el color en un extremo.
Generalmente se envían 2 ó 4 ramales para un largo completo de
cadena, a menos que se pongan restricciones de peso o requisitos
especiales, en éste caso son dos ramales de 10750 mm.
65
Introduzca cada ramal de cadena dentro del elevador utilizando el tecle y
afiance la cadena sujetándola a la rueda motriz. Arrastre sobre esta
rueda la suficiente cadena para permitir que la otra cadena pueda
acoplarse al extremo de la misma.
4.1.2. Montaje de los cangilones.
Antes de hacer el sin fin de la cadena, asegúrese de que:
Las espigas de las asas estén en la posición correcta según sea para
montaje en cangilones con sujeción posterior o lateral.
Las cadenas y las asas no estén retorcidas.
Haga ambos sin fines de cadena acoplando cada extremo de la cadena
al asa, estando esta montada de la siguiente forma:
Introduzca las espigas del asa en el respectivo eslabón de la cadena.
Se ajusta la placa de cierre al cangilón y a la espiga del asa. Cada
espiga esta marcada al igual que su respectiva placa de cierre. Ambas
deben ser muy bien montadas, ya que ambas piezas están taladradas
conjuntamente.
Se alinean las asas y se monta el primer cangilón, asegurándose de que
este completamente nivelado utilizando un nivel de burbuja de aire.
Si el cangilón esta desalineado, tire de un lado de la cadena (esto es
solo aplicable a ruedas lisas, sin dientes) utilizando el tecle hasta que el
cangilón este completamente a nivel.
66
Se montan todos los cangilones fijando las asas y dándole el apriete
final a las tuercas utilizando una llave con limitador de par de apriete.
Para el apriete ver tabla 4.1.
Figura 4.1 Asas para cangilones de sujeción lateral y posterior
Nota:
Si no se emplean tuercas de seguridad, deben colocarse debajo de las
tuercas chapas de seguridad para afianzarlas posteriormente.
Herramientas utilizadas:
Tecles capaces de soportar cargas de hasta 1500 Kg. o que se adapten a la
carga máxima y tenga una capacidad de elevación adecuada al uso, cuerdas
para levantar cadenas y cangilones.
Llave de anillo o trinquete para las espigas de las asas. Para el tamaño ver
tabla 4.1.
Llave con limitador de par de apriete, ver tabla 4.1 para el ajuste recomendado
de la llave.
Maseta de hierro, niveles de burbuja de aire, cinta de medición.
67
Abrazaderas en C para sujeción de la cadena.
Par de apriete en N-m
Medida Asa Rosca Medida llave
Tuerca
autoblocante
DIN 980
Tuerca
plana DIN
555
45 M12 19 55 85
56 M14 22 95 135
63 M16 24 225 210
70 M20 30 439 425
80 M20 30 439 425
91 M24 36 752 730
105 M24 36 752 730
126 M30 46 1487 1450
136 M36 55 2575 2450
147 M36 55 2575 2450
Tabla 4.1 Información técnica de sujeción a cangilones
68
4.2. PUESTA EN MARCHA DEL ELEVADOR
Una vez terminado el montaje del equipo se realiza la prueba de
funcionamiento del elevador sin el producto durante unos 60 u 80 minutos
aproximadamente, asegurándonos que funciona correctamente.
Se deben tomar las siguientes precauciones:
Lo primero es leer atentamente todas las instrucciones entregadas por los
fabricantes.
Asegurarse de que todos los pernos tengan la torsión adecuada.
Comprobar que el motor gire en la correcta dirección de rotación, si no,
corregir si es necesario.
Verificar el nivel de aceite del reductor.
Verificar que la tensión de la cadena sea efectiva y que no haya excesivo
ruido.
Asegurarse de que los cangilones estén firmemente unidos a la cadena.
Una vez verificado lo anterior se comienza a alimentar el elevador con el
producto bajo carga parcial durante varias horas tomando las siguientes
precauciones:
Observar de que la carga de alimentación esté adecuadamente guiada hacia
el interior de los cangilones.
Observar de que el elevador se encuentre funcionando antes de verter el
cemento sobre el.
69
Cuando el elevador se vaya a detener, deberá ser verificado que todo el
cemento fue descargado completamente de los cangilones.
Se debe vigilar la entrada de carga por la tolva de la bota del elevador,
cuidando de que no se produzcan sobrecargas ni atochamientos de cemento.
Además de se debe poner atención en el ruido y temperatura de los
rodamientos. El ruido puede comprobarse de una manera muy artesanal, como por
ejemplo apoyando con fuerza una llave o destornillador contra el soporte lo más
cerca posible del rodamiento. El ruido del rodamiento al funcionar comúnmente es de
un chicharreo uniforme, los sonidos tipo silbido indican que la lubricación es
defectuosa y los sonidos tipo golpes uniformes, en la mayoría de los casos indica
que el rodamiento esta dañado o que hay suciedad en el.
Otro parámetro importante a cuidar en los rodamientos es la temperatura, en
un principio el aumento de ésta es normal ya que la grasa aun no se ha distribuido
del todo en el rodamiento, pero si esta sigue en constante aumento puede ser un
indicio de que el rodamiento pueda estar desalineado, ya sea axial o radialmente o
que los componentes asociados no han sido hechos o montados correctamente.
Luego verificar nuevamente la tensión de la cadena, los ruidos chirriantes o la
vibración generada por esta indican sobretensión.
Respecto a los cangilones, si después de trabajar varias horas con carga se
observa una desalineación de estos, ello indica que la tensión es insuficiente. El peso
de la rueda conducida además del dispositivo de tensión es generalmente suficiente
para tensar la cadena.
70
4.2.1. Reapriete de asas.
Después de varias horas de funcionamiento a plena carga, normalmente las
cadenas y asas se suavizan y es por ello que es necesario proceder a un reapriete
de las asas para evitar que los cangilones se aflojen.
Debemos volver al elevador después de que haya trabajado a plena carga
durante 40 o 60 horas y proceder de la siguiente manera:
Parar el elevador después de que haya funcionado vacío y desconectarlo.
Reapretar cada tuerca en la espiga del asa utilizando la llave con limitador de
par de apriete.
Si se han montado chapas de seguridad, doblar las esquinas de las chapas,
después de que se hayan reapretado las tuercas, sobre el lado de la tuerca
para evitar que las mismas giren.
Después de finalizado el reapriete, se lleva a cabo la inspección visual del
elevador, en especial:
Comprobar que las tuercas que sujetan los segmentos de la rueda estén bien
ajustadas.
Comprobar que los cangilones estén bien alineados, realinear según sea
necesario y comprobar que la tensión de la cadena sea suficiente.
Volver a poner en marcha el elevador y comprobar que todo funcione
correctamente a plena carga.
71
Finalmente para que el elevador de cangilones tenga un buen pasar en lo que
mantenimiento se refiere se deben realizar periódicamente las siguientes tareas al
momento de terminar su uso:
Limpiar la tolva de carga del elevador, eliminar cualquier elemento que no sea
cemento.
Extraer todo tipo de residuos que puedan haberse acumulado en el fondo del
elevador, ya que es aquí donde los cangilones realizan el dragado.
Limpiar acabadamente los cangilones, ya que el cemento poco a poco va
adhiriéndose a las paredes de los cangilones, endureciéndose, y con ello
disminuyendo, en algunos casos considerablemente el volumen y capacidad
de carga de éstos.
72
4.3. AVERIAS Y PERTURBACIONES EN ELEVADORES DE CANGILONES
SINTOMAS POSIBLES CAUSAS SOLUCION
Retroceso en las piernas dela caja.Material cayéndose que sube o baja.
Obstrucción en la parte superior del elevador.
Cangilones se están llenando demasiado.
El eje motriz de la cabeza esta trabajando muy rápido o muy despacio.
La presión aumenta en los depósitos y celdas.
Cangilones sueltos
Tanques o depósitos llenos
Inspeccionar la cabeza por materiales ajenos como bolsas, papeles, madera, pedazos de metal, etc.Revisar cangilones faltantes. Si hay faltantes o si hay uno que falte, usualmente se encuentra en la descarga.
Abra la puerta de inspección y usar estroboscopio mientras el elevador esta trabajando para ver si los cangilones se están sobre llenando. Los cangilones debieran llenarse hasta la orilla sin rebalsarse. Revisar la velocidad del transportador.
Revisar la lista de empaque y asegurarse de que se instalo todo correctamente.Revisar la velocidad del reductor para una relación de reducción correcta.
Aumentar ventilaciones en el techo de los depósitos.
Apretar tuercas de los cangilones.
Monitoreo de los niveles de los depósitos.
La cadena no se ajusta al centro de las poleas
Polea o rueda no esta correctamente ajustada.
Ajustar tornillo en la bota para nivelar polea y alinear cadena al centro de la polea.
73
SINTOMAS POSIBLES CAUSAS SOLUCION
La cadena no se ajusta en su totalidad a la polea.
La polea o rueda no esta nivelada
Se ha acumulado material en las poleas.
Rodamientos gastados
Colocar cuñas bajo un bloque almohada en los rodamientos para nivelar la polea.
Inspeccionar poleas y limpiar si es necesario.
Cambiar rodamientos
Excesivo resbalamiento Transmisión del motor muy grande
Usar un motor con la HP apropiada
La cadena excesivamente floja La cadena se ha estirado Ajuste la tensión de la cadena con el tornillo ajustador en la bota.
Los cangilones están siendo sobrellenados
El transportador esta trabajando muy rápido
La polea de la cabeza trabajando muy despacio
Transmisión del motor muy pequeño
Deflector del transportador desajustado
Voltaje bajo en la línea del motor
Revisar la velocidad del transportador
Revisar la velocidad de la polea. Revisar lista de empaque para asegurarse que las poleas instaladas son las correctas.Revisar la velocidad del reductor para una relación de reducción correcta.
Usar un motor con la HP apropiada
Ajustar, restringiendo el flujo del material
Revisar el voltaje
Manejador de materiales, capacidad baja
Velocidad del eje de la cabeza despacio
Alimentador de la bota inapropiado
Revisar la velocidad de la polea, reductor de velocidad y el motor para determinar las causas de la velocidad baja.
Reemplazar alimentador
74
SINTOMAS POSIBLES CAUSAS SOLUCION
Manejador de materiales, capacidad baja
Placa deflectora en el transportador de la tolva ajustado muy bajo
Obstrucción del transportador
Subir placa del deflector
Limpiar transportador y quitar cualquier obstrucción
ELECTRICIDAD
Baja capacidad
La cadena del elevador esta trabajando bajo la velocidad normal
Amperaje alto
Bajo voltaje en las líneas de alimentación
Un fusible roto de una de las tres fases
Motor defectuoso
Revisar voltaje en la entrada del motor.Voltaje en las líneas de entrada pueden estar bajas. Consultar con la compañía de electricidad.
Revisar fusibles
Revisar motor por cortocircuito o por un circuito abierto. Reparar o cambiar motor
REDUCTOR DE VELOCIDAD
Sobre calentándose
Ruido y vibraciones
Sobrecargado
Lubricación inapropiada
Aceite de grado equivocado
Rodamientos fallando, usualmente esto indica sobrecarga.
Carga excede capacidad de la transmisión
Aceite insuficiente
Desgaste causado por abrasivos en el aceite
Revisar la capacidad de la transmisión. Cambiar la transmisión a una de mayor capacidad o reduzca carga.
Revisar el nivel de aceite. Ajustar el aceite al nivel indicado.
Bote y limpie, llenando a nivel con aceite del grado especificado indicado sobre la tapa de la transmisión.
Cambiar rodamientos gastados. Limpiar y reparar espacio de los rodamientos.
75
SINTOMAS POSIBLES CAUSAS SOLUCION
Excesivo desgaste de los engranes
Sobrecarga causa picaduras en la cara de los diente
Determine si la carga excede a los indicados en la placa. Si hay sobrecarga, reduzca la carga o cambie el reductor con uno de suficiente capacidad.
Insuficiencia de aceite Un nivel bajo de aceite reduce el efecto amortiguador del aceite.
Revisar el nivel de aceite. Rellenar al nivel indicado.
Accesorios o partes flojas Carga excesiva o conexiones inapropiadas con otras maquinarias.
Inspeccionar la transmisión, ya sea por partes rotas, pernos flojos, tuercas y tornillos.Revisar las llaves del tamaño apropiado y que calce bien.
Alta velocidad excesivaRevisar rangos de velocidad recomendada. Reducir velocidad o instalar la transmisión con suficiente rango de velocidad.
Reductor se desliza sobre el eje.
Tornillos flojos Realinear reductor y apretar tornillos
Excesivo juego del eje Rodamientos expuestos a causas abrasivas de desgaste en bolas o rodillos
Cambiar rodamiento gastado. Limpiar y lavar transmisión y agregar aceite nuevo.
Excesivo contragolpe Engranes gastados.Contragolpe aumenta con el número de juegos de engranajes, por lo tanto, el contragolpe es mayor en engranajes de doble reducción.
Cambiar engranes desgastados.Apretar tornillos flojos.
76
4.4. MANTENIMIENTO Y CUIDADOS POSTERIORES
El mantenimiento de equipos críticos como el elevador de cangilones al
interior de una planta debe ser realizado por personal calificado y entrenado. El
mantenimiento del elevador se reduce a la limpieza del mismo, pues es factible que
al término de su operación puedan quedar residuos adheridos a las paredes internas
de los cangilones. El mantenimiento del sistema comprende el desgaste y la tensión
de la cadena de transmisión de potencia, desgaste de las ruedas, limpieza de los
cangilones, lubricación etc.
4.3.1. Comprobación de desgaste de la cadena
Las cadenas están sometidas a un desgaste natural en las articulaciones.
Este desgaste es el resultado de la fricción que se produce durante el movimiento
entre los eslabones al llegar a las ruedas, aquí golpean contra las mismas. El grado
de desgaste viene determinado por el movimiento de los eslabones y por la carga del
ramal (presión superficial en las articulaciones de los eslabones).
4.3.2. Comprobación de desgaste de las ruedas.
Las ruedas vienen de fábrica con superficies endurecidas de diferentes
profundidades. Cuando esta superficie endurecida se desgasta aumenta
rápidamente el desgaste de la rueda y hay que pensar en cambiarlas. Cuando el
diámetro de las ruedas ha disminuido entre 14 y 16 mm existe el peligro de que las
cadenas en algún momento puedan descarrilar.
Se recomienda que cada 500 horas se efectúen las siguientes
comprobaciones:
Los cangilones deben estar bien alineados, ya que de lo contrario se puede
producir un desgaste excesivo en las ruedas.
77
El desgaste en un solo lado puede ser debido a la mala alineación del eje,
produciendo daños y distorsiones en las canales, ya sea en la rueda motriz o
en la de reenvío, ya que la cadena al entrar en forma forzada se somete a
esfuerzos alternativos.
Asegurarse de que la carga de ambos ramales de cadena sea igual.
Ambos juegos de ruedas deben cambiarse por los más adecuados según la
recomendación del fabricante de la cadena. Si en un lado se observa desgaste al
montar las ruedas nuevas debe corregirse el motivo que lo ha producido.
4.3.3. Lubricación
Por lo general la lubricación de los elementos de maquinas se realiza de
acuerdo a la experiencia del personal de mantenimiento y a las recomendaciones de
los fabricantes, pero en mayor parte debido a una buena planificación, en la que se
toman en cuenta elementos como rodamientos y equipos como el reductor de
velocidad.
4.3.3.1. Lubricación en rodamientos
Para que los rodamientos funcionen de una forma óptima y confiable es
imprescindible recurrir a una adecuada lubricación de estos con el objeto de evitar el
contacto directo de los elementos rodantes con partículas metálicas, evitando así el
desgaste, alargando su vida útil y protegiendo la superficie del rodamiento de la
corrosión.
Las grasas comúnmente usadas tienen las propiedades idóneas a las áreas
de aplicación indicadas y se suministran con la cantidad de grasa adecuada al
tamaño de cada rodamiento.
78
Para detectar el mal funcionamiento de los rodamientos lo ideal es contar con
instrumentos que detectan vibraciones inadecuadas y aumentos de temperatura,
pero ya que debido a su alto costo es difícil contar con ellos se deben detectar las
fallas de manera artesanal.
Los intervalos de lubricación en lo posible no deberían sobrepasar las 25.000
horas de funcionamiento. Al relubricar se recomienda extraer toda la grasa contenida
en los rodamientos y sustituirla por la nueva.
Se recomienda observar el estado de los rodamientos durante su
funcionamiento y limpiarlo e inspeccionarlo a fondo antes de un año, desmontado y
limpiando las piezas ya sea con petróleo o parafina, asegurándose de una buena
lubricación y mantención de estos.
4.3.3.2. Lubricación del reductor.
Para el buen funcionamiento del reductor de velocidad deben tomarse
parámetros importantes como lo es el nivel de aceite, siendo inspeccionado como
mínimo una vez al mes. Para esta operación el reductor debe estar detenido, el
respiradero debe mantenerse siempre en buenas condiciones y limpio.
Luego de una cantidad “x” de horas, esto dependiendo de las condiciones de
trabajo del reductor debe vaciarse y llenarse de aceite limpio, para luego planificar
los intervalos de relubricación de este.
79
Notas de interés.
Ya que, la cadena es del tipo simple y no va engranada a la rueda, debido a
que esta es lisa no necesita ninguna lubricación. El empleo de aceite o grasa
en combinación con el material que se transporta puede aumentar su
desgaste.
Las cadenas y ruedas, preferentemente, no deben estar sumergidas en el
producto, debido a lo abrasivo que es el cemento y para evitar que el mismo
se acumule en las llantas de las ruedas se construyen ranuras para la salida
del material.
En el caso de producirse un funcionamiento anómalo o causarse
daños por la salida o descarrilamiento del ramal de cadena, transporte
de cuerpos extraños, rotura de elementos mecánicos, etc., se deben
examinar todos los componentes para averiguar si se han producido
posibles daños secundarios ocultos y no fácilmente detectables.
Para compensar el alargamiento de la cadena por desgaste, es necesario
acortar el ramal de cadena y ello debe hacerse siempre quitando el mismo
número de pares de eslabones por ramal.
Tras el periodo inicial, el alargamiento que pueda producirse en los ramales
de cadena muy resistentes al desgaste, es siempre solamente debido al
desgaste de los eslabones. Cualquier otro alargamiento por elongación
solamente puede producirse en cadenas templadas.
80
4.3.4. Mantenimiento preventivo en elevadores de cangilones
Este tipo de mantenimiento surge de la necesidad de rebajar el correctivo y
todo lo que representa. Aquí, se pretende reducir la reparación mediante una rutina
de inspecciones periódicas y la renovación de los elementos dañados. Básicamente,
consiste en programar revisiones de los equipos, apoyándose en el conocimiento de
la máquina con base en la experiencia y los historiales de fallas obtenidos de las
mismas.
Quizá el más importante sea el mantenimiento preventivo junto con el
predictivo, que mediante la planificación y rutinas, respectivamente, pueden anular
en lo posible el mantenimiento correctivo, que es un obstáculo para la planificación,
la producción deseada y la asignación de mano de obra a los mantenimientos.
Para que un programa de mantenimiento, preventivo y predictivo
especialmente, sea eficiente; son necesaria las rutinas de mantenimiento, que
constituyen una manera de llevar un control de una forma sencilla de los
componentes de las máquinas. Para la formación de una rutina de mantenimiento, es
necesaria la información, y ésta se obtiene tomando como referencia manuales
técnicos, rutinas anteriores, entrevistas con el personal de experiencia (mecánicos a
cargo del mantenimiento, por ejemplo), entrevistas con los operarios y por supuesto
la observación directa al área y al equipo en cuestión.
81
A continuación se presenta la tabla 4.2 en donde se da a conocer una lista de
verificación de mantenimiento preventivo, que abarca los principales componentes de
los elevadores de cangilones.
Componente SugerenciaIntensidad
Semanal Mensual Trimestral
Reductor
Revisar ruido
Revisar temperatura
Revisar nivel de aceite
Revisar tornillos de montaje
CadenaRevisar tensión
Revisar desgaste
Ruedas Revisar alineación
Revisar desgaste
Cuerpo y tolva de carga Limpieza
Estructura Revisión general, tornillos sueltos,
etc.
Tabla 4.2 Verificación de mantenimiento preventivo
82
4.4. CONDICIONES DE SEGURIDAD
La experiencia demuestra que los sistemas de seguridad en transportadores
son mínimos, siendo que se ha realizado un buen diseño e instalación.
Los accidentes mayormente se registran en operación y pueden ser del tipo
personales o a raíz del material transportado.
Generalmente los accidentes personales no se deben a las fallas de los
componentes del elevador, sino por el descuido humano, por esto es conveniente
que al personal se lo instruya sobre condiciones seguras de operación, deberán
además en mantenimiento utilizar el equipo y las herramientas apropiadas para
obtener un adecuado trabajo.
Con cierta frecuencia es conveniente chequear los equipos mecánicos y
eléctricos además de las estructuras, escaleras y vías de acceso.
En el caso de incendio es importante contar con extinguidores localizados
apropiadamente y el personal deberá conocer su correcto uso.
Es importante además contar con instalaciones más sofisticadas, tales como
detectores de aumento en la temperatura, los cuales después de detectar la
anomalía avisan a la sala de control mediante alarmas. Las áreas alrededor deben
mantenerse libres de obstáculos que llegasen en algún momento a impedir el rápido
acceso a los elementos de seguridad.
El contacto con las partes del elevador solo se podrá tener cuando el personal
eléctrico de la planta pare y deje sin energizar equipo.
Un último factor a tomar en cuenta es planificar y ejecutar un mantenimiento
de primera línea que se debe tener como pre-requisito de una operación segura.
83
CAPITULO 5. COSTOS DE MANTENIMIENTO EN ELEVADOR DE
CANGILONES
84
5.1. TIPO DE ELEVADOR
Dado que existe una gran variedad de elevadores, tal y como se mostró en el
tercer capitulo del presente trabajo, es por tal motivo que no se puede llevar a cabo
un costo de mantenimiento generalizado sino que de un tipo de elevador específico.
El elevador corresponde a un FL SMIDTH
5.2. CARACTERISTICAS Y DATOS DE SERVICIO DEL ELEVADOR
Capacidad del equipo : 98 t/h
Tipo : Centrífugo
Velocidad de transporte: 1.2 m/s
Paso entre cangilones : 0.4 m
Altura del equipo : 9.5 m
Potencia equipo motriz : 4 Kw.
5.3. REPORTE DEL EQUIPO
Luego de un reporte de falla que se hizo llegar a la oficina de planificación de
mantenimiento de la planta el equipo fue inspeccionado y revisado por personal de
mantenimiento que detecto lo siguiente:
- Estribos en mal estado e hilo dañado, se deben cambiar.
- Tramos de cadena desgastados, se deben cambiar.
- Cangilón en malas condiciones, se debe cambiar.
- Cangilones desformados, es necesaria su reparación.
- Rodamiento de eje estación motriz desgastado
85
De acuerdo a la inspección y revisión del estado de los componentes del
elevador se informa que para que el elevador marca FL Smidth siga funcionando en
óptimas condiciones se requiere de lo siguiente:
Designación Cantidad Observación Precio
Cangilón con refuerzo 2 Nuevo $330.000
Estribos o uniones 4 Diámetro ¾” (Nuevos)
$127.612
Cadena 5 Tramos de 400 mm $218.815
Rodamiento 1 Nuevo $ 8700
Total Repuestos $ 632.127
86
5.4. COTIZACION DE SERVICIO DE MANTENIMIENTO
Empresa de Servicios UTFSM
Supervisor Cotizante Cristian Paredes Saavedra
Nº Cotización 0118
Correo Electrónico [email protected]
Contacto Telefónico 041-2382532
Tiempo de ejecución 32 hrs.
Nº Orden de Trabajo 001
Descripción actividad Mantenimiento correctivo de elevador de cangilones FL Smidth
Detalle de repuestos y/o Materiales
Unidad Cant. Precio Valor Total
Cangilón con refuerzo de borde frontal
c/u 2 $ 165.000 $ 330.000
Estribos o uniones c/u 4 $ 31.903 $ 127.612
Cadena Tramos 5 $ 43.763 $ 218.815
Rodamiento c/u 1 $ 8700 $ 8700
Materiales varios C/U 1 $ 10.000 $ 30.000
Total Repuestos y/o Materiales : $ 715.127
87
Detalle Mano de Obra
Cant. hh Días Valor hh Valor Total
SUPERVISOR 1 4 2 $ 6.000 $ 48.000
PREVENCIONISTA 1 8 2 $ 5.500 $ 88.000
TECNICO MECANICO 2 8 2 $ 4.000 $ 128.000
Total Costo Personal : $ 264.000
Cuadro resumen
MaterialesMano de
obraEquipos y servicios
Total + IVA
$ 715.127 $ 264.000 $ 60.000 $ 1.236.561
Valores correspondientes a precios netos más IVA, en pesos chilenos.
CONCLUSIONES
88
En el transcurso de este trabajo de titulo se pueden deducir algunos aspectos
que se considera importante remarcarlos.
En nuestro país, específicamente en la industria de nuestra región, los
elevadores de cangilones son transportadores de uso generalizado, normalmente
con tecnología importada muy usada en la industria cementera, su importación se
debe al origen europeo de la empresa Cementos Polpaico del Pacífico S.A.,
perteneciendo a un holding suizo presente en varios países de Sudamérica.
Entre los aspectos relevantes a considerar tenemos el conocimiento a fondo
del sistema de transporte de materiales, en éste caso cemento, mediante elevador
de cangilones complementando el aprendizaje entregado por la universidad con lo
que fue experiencia de la práctica profesional, siendo ésta netamente de terreno,
logrando así habilidades y técnicas de mantenimiento, en varios de los sistemas de
transporte al interior de la planta.
Otro punto a destacar es el estudio de las variables mas importantes en el
diseño de un elevador de cangilones, el cual nos permite evaluar con certeza
procesos de producción en los que por alguna razón las condiciones cambian. Es así
como nos resulta más fácil su rediseño sin recurrir a gastos mayores.
De acuerdo a lo anteriormente señalado se promueve la idea de que el diseño
en ingeniería ayuda a la solución de problemas, aplicando problemas matemáticos,
lo que hace que el diseño no se un ítem mas de este trabajo de titulo, sino que
también un elemento necesario para conocer a fondo el equipo y solucionar
problemas suscitados de una manera idónea y mas certera.
89
Personalmente este trabajo me ha sido de mucha ayuda, puesto que las
consideraciones que se han tomado dejan de ser solamente matemáticas,
agregando también análisis mas prácticos desde el punto de vista del mantenimiento
y en donde consideraciones económicas también se han tomado en cuenta.
90
BIBLIOGRAFIA
TEXTOS
Avallone, Eugene A., Manual del ingeniero mecánico, McGraw-Hill, México
1995
Hall, Allen, Teoría y problemas de diseño de maquinas, McGraw-Hill, México
1971
Robert L. Mott, Resistencia de materiales aplicada, tercera edición, Prentice-
Hall Hispanoamericana S.A., México 1996
Targhetta Arriola, Luis, López Roa, Transporte y almacenamiento de materias
primas, Hermann Blume Ediciones, España 1970
MANUALES Y CATALOGOS
Silver sweet, Manual instructivo de instalación y operación de elevador de
cangilones, USA 2000
Catálogo Heko, Components for Bucket elevators, Alemania 2005
Catálogo Pewag, Cadenas y accesorios para sistemas de transporte,
Austria 2006
Catálogo Rexnord, Elevadores de cangilones con cadenas o correas para
servicio de molinos, USA 1994
91
ANEXOS
92
Anexo 1 Elevador de cangilones
93
Anexo 2 Esquema parte superior del elevador
94
Anexo 3 Estructura y pie del Elevador
95
Anexo 4 Densidades de materiales, según catálogo Rex.
Materiales típicamente manejados por elevadores
Material Densidad en lb/pie cúbico
Arcilla molida 100
Arena húmeda 110 – 130
Arena seca 90 – 100
Cal molida 60
Caliza pulverizada 65
Caliza triturada 85 – 90
Carbón antracita 50 – 60
Carbón lignita 45 – 55
Cemento escoria 85 – 95
Cemento piedra molido 90 – 100
Cloruro de calcio 75
Fluorita 110
Harina cruda 50
Oxido de aluminio (alúmina) 55
Pizarra triturada 80 – 90
Polvo de chimenea 40 – 65
Sal gruesa 45 – 50
Sal refinada 70 – 80
Yeso pulverizado 60 – 80
Yeso triturado 90 – 100
Densidad del cemento piedra molida.
Transformando las quedan en
96
Anexo 5 Selección de los cangilones, catálogo Pewag
Cangilones según norma DIN 15234 para elevadores
Soldados de chapa de acero, apropiados para material de transporte pesado, de
naturaleza pulverulenta hasta grano grueso, arena, cemento, carbón y grava.
Para material de transporte de grano fino y condiciones de trabajo ligeras estos
cangilones también pueden suministrados hechos de materia sintética (polyamid con
aditamiento MoS2).
Forma ASin refuerzo del borde
Forma Bcon refuerzo del borde frontal
Forma Ccon refuerzo de tres bordes
Fijación de cangilones con estribos (DIN 15236-4)
Forma Lcon listones dorsales
Forma Mcon placa dorsal
Forma Ncon fijación lateral
97
Ancho b a h 1 h 2 r
Peso de un cangilón forma A kg = (7.85 kg/dm3) para un espesor de chapa de :
2 3 4 5 6 8
Contenido del
cangilón en litros
Estribo
t
Fijación de cangilones según DIN 15236
d1 e3 i1 m min w v2
160 140 180 95 45 1.38 2.08 1.5 56 15 100 67 95 40 36 6
160 200 106 50 1.59 2.39 3.18 1.9 56 15 100 75 95 40 40 6
200 160 200 106 50 1.85 2.80 3.76 2.4 63 17 125 75 110 40 40 6
250 180 224 118 56 2.49 3.774.9
6 3.7 63 17 160 85 110 40 45 8
200 250 132 634.3
6 5.82 7.27 4.6 63 17 160 95 110 40 50 8
315 200 250 132 63 5.096.8
2 8.59 5.8 70 21 200 95 120 50 50 8
400 224 280 150 71 7.03 9.40 11.8 9.4 80 21 250 106 130 50 56 10
500 250 315 170 80 12.8 16.1 19.4 14.9 91 25 315 118 150 60 63 10
630 280 355 190 90 17.6 22.1 26.6 23.5 105 25 400 132 165 60 70 10
800 315 400 212 100 30.6 36.9 49.6 37.3 126 31 500 150 200 70 80 10
1000 355 450 236 11242.
050.
3 67.0 58.3 126 31 630 170 200 70 90 10
1250 400 500 265 125 68.5 91.9 92.0 147 37 800 190 230 80 100 12
98
1) Diámetro del taladro para estribos según DIN 5699
2) V = espesor de la chapa de refuerzo.
Cangilones profundos con refuerzo del borde frontal B, ancho b = 315 mm, saliente a =
200 mm, de chapa de un espesor i 3 mm, con placa dorsal M, con taladros para estribos DIN
5699, t = 70 mm ajustado, medidas según DIN 15234.
Forma de pedido: Cangilones B 315x200x3 M 70/5699
99
Anexo 6 Selección de las ruedas motriz y conducida, catálogo Pewag.
Material: GG fundición gris GGG fundición nodular
GS 52 acero fundido GS 52 E acero fundido templado
Forma de pedido: 4 ruedas lisas UR 13/500
100
Denominación
Para
Cadena
d
Diámetro
primitivo
Dt
Diámetro
Exterior
Da
B C A
CuboTaladro
Piloto
cubo
Kg/pza
Aprox.
Nota
D L
UR 10/350 10 380 360 11 38 50 100 70 30 18.00
UR 13/200 13 225 213 15 50 74 80 92 15.00 Cubo
UR 13/300 13 350 300 16 48 68 125 120 40 24.00 Unilateral
UR 13/390 13 436 400 16 47 67 90 75 40 20.00
UR 13/500 13 513 513 16 50 72 150 100 45 40.00
UR 13/600 13 640 615 16 48 68 150 110 40 47.00
UR 16/400 16 480 429 18 58 80 110 90 40 36.00
UR 16/500 16 524 516 20 62 85 150 100 30 58.00
UR 16/630 16 650 650 23 60 80 170 110 50 74.00
UR 18/250 18 300 282 22 68 90 80 90 30 15.00
UR 23/800 23 800 750 27 82 120 190 170 60 126.0
UR 26/480 26 532 524 32 93 120 160 140 60 73.00
UR 26/900 26 939 926 34 93 120 250 200 50 250.0
101
Anexo 7 Parámetros para la selección de cadena
Tipos deCadenas y
componentes
Distanciaentre ejes (m)
Velocidad deTransporte
(m/s)
Naturaleza del material Carga dinámica
15 30 60 1.2 1.6 2Poco
abrasivoNormal
abrasivoMuy
abrasivoliviana media pesada
Trozosde
cadena
G40E7
G40E10
G80E10
CadenasDS
G40E10
G40E14
CadenasHV
G80E5
G80E8
G80E10
G80E14
102
Anexo 8 Selección de la cadena, catálogo Pewag.
Forma de pedido: 1 par de cadenas DSU G40 E14 14x50
L = 215 eslabones = 10750 mm.
Espesor Ancho Peso Longitud standard*
nominal Paso interior exterior Númerod t b, b? kg/ de L Tolerancia
min. máx. kg/m eslabón eslabones14 50 16,3 47 4,15 0,21 215 10750 +32 -16
16 64 20 55 5,3 0,34 167 10688 +32
-1119 75 22 63 7,4 0,56 143 10725 +32 -16
22 86 26 74 9,9 0,85 119 10234 +31
-15
26 100 31 87 13,8 1,38 83 8300 +25 -12
30 120 36 102 18,7 2,2 47 5640 +17 -8
34 136 39 113 23,8 3,2 35 4760 +14
-7
Cadenas DSU y DSZ
G40 E10 G40 E14
EspesorNominal
d
Fuerza dePrueba
KN
Fuerza dePrueba
KN
Fuerza dePrueba
KN
Fuerza dePrueba
KN14 39 78 32 64
16 50 100 42 84
19 71 142 60 120
22 95 190 80 160
26 128 255 110 220
30 171 342 148 296
34 250 500 190 380
103
Anexo 9 Selección de motor, catalogo WEG.
104
Anexo 10 Selección de reductor de velocidad, según catalogo Motive.
105
Anexo 11 Criterios para la selección del tipo de rodamiento
106
Anexo 12 Selección de rodamientos, catalogo FAG.
107
108
Anexo 13 Selección de soportes para rodamientos, catalogo FAG.
109
110
Anexo 14 Propiedades físicas de los aceros
Nº
SAE
Limite
ruptura
Limite
fluencia
Alargamiento
en 50 mm
%
Dureza
brinell
1010 40,0 30,2 39 109
1015 42,9 32,0 39 126
1020 45,8 33,8 36 143
1025 50,1 34,5 34 161
1030 56,3 35,2 32 179
1035 59,8 38,7 29 190
1040 63,4 41,8 25 201
1045 67,8 42,0 23 215
1050 73,9 42,0 20 229
1055 78,5 45,8 19 235
1060 83,1 49,3 17 241
1065 87,0 51,9 16 254
1070 90,9 54,6 15 267
1075 94,7 57,3 13 280
1080 98,6 59,8 12 293
111
