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ELECTIVA DE MAQUINAS DE ELEVACIÓN Y TRANSPORTE LUIS BARRIOS CELIN EDSON ALBERTO BLANCO BRAVO ARIEL JOSE MORENO HERRERA CINDY VALERA RODRÍGUEZ PROFESOR: Ing. MILTON COBA SALCEDO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA BARRANQUILLA - COLOMBIA MAYO 2011 TRANSPORTADORES DE TORNILLO SINFÍN

Transportadores de Tornillo Sinfin

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ELECTIVA DE MAQUINAS DE ELEVACIN Y TRANSPORTE

LUIS BARRIOS CELIN EDSON ALBERTO BLANCO BRAVO ARIEL JOSE MORENO HERRERA CINDY VALERA RODRGUEZ

PROFESOR: Ing. MILTON COBA SALCEDO

FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA DE INGENIERA MECNICA BARRANQUILLA - COLOMBIA MAYO 2011

DEFINICINEste tornillo es el encargado de realizar el transporte de las materias slidas que son depositadas en la criba, este tornillo puede adoptar diferentes formas dependiendo de una serie de factores. Teniendo en cuenta una serie de variantes como son el dimetro, paso, material, dimetro variable, tipo de traccin, etc

El sinfn ser definido en funcin de las caractersticas de trabajo, como pueden ser el caudal, cantidad de solid a transportar, velocidad de transporte, inclinacin del equipo, agresividad del material a transportar, dimensiones del canal, etc.

Estos equipos van equipados con un sistema de limpieza, el cual es un cepillo helicoidal que va solidario al sinfn en la zona de tamizado, realizando una funcin de barrido y limpieza de la malla al mismo tiempo que gira el sinfn para transportar los slidos.

DESCRIPCIN DEL EQUIPOEste equipo est diseado para realizar el transporte de material mediante una espiral basado en el principio de Arqumedes. Tienen la posibilidad de trabajar en diferentes ngulos, siempre y cuando sea adaptado para tal fin.

Diseados para transportar cualquier tipo de material bien residuos orgnicos en el tratamiento de aguas, transporte de slidos en infinidad de industrias y aplicaciones de toda ndole, son equipos los cuales se disean segn necesidades: tipo material a transportar, inclinacin, caudal a transportar, velocidad de translacin de los materiales, etc.

DISPOSICIN DEL EQUIPO

DOBLE UTILIZACION DEL TORNILLO PARA TRITURADO Y MEZCLADO DE MATERIALES.

CARACTERSTICAS Y CLASIFICACINSegn el uso que le queramos dar estos se fabricaran de diferentes formas y materiales, cambiando su geometra, tanto estructural como la espiral. Tienen infinidad de combinaciones con lo que le da la capacidad de adaptarse a cualquier tipo de proceso, pudiendo combinar la posicin de la tolva de carga, boca de salida, grupo de accionamiento, posicin de trabajo etc.

CARACTERSTICAS TCNICASLongitud: Puede ser cualquiera a solicitud del cliente. El sinfn consta de un motoreductor directo con rbol, Ensamblado con bridas, con posibilidades y montaje tanto En zona de cargo como en zona de descarga.

Potencias de motores desde 1.1 hasta 15 Kw que pueden adoptar distintas relaciones de reduccin 1:5, 1:20 Dependiendo de las exigencias del cliente. Pueden ser utilizadas como alternativas de la serie Tubular para la extraccin, Los tornillos son concebidos para un servicio pesado y extrapesado. Estn construidos en acero al carbono con apropiados tratamientos superficiales.

Los tornillos son utilizados sea en continuo que discontinuo en los sectores de aplicaciones en donde la durabilidad de los componentes del tornillo y su fcil sustitucin de las piezas de recambio son la exigencia principal.

TIPOS DE SENSORES UTILIZADOS

DISEO Y CONSTRUCCION DE UN MEZCLADOR DE TORNILLO SINFN PARA MORTERO SECO.PALABRAS CLAVES: Transportador sinfn, mezclador, cdigo CEMA.

CEMA, Conveyor Equipment Manufacturers Association. Asociacin de diseadores y fabricantes Americanos de equipos de transporte y accesorios.

Mortero Seco. Los morteros secos son mezclas ponderadas de sus componentes primarios (cemento, arena y aditivos) en proporciones adecuadas preparadas en fbrica. Se suministran en silos y se amasan en obra, con el agua precisa, hasta obtener una mezcla homognea para su utilizacin. Es el material de construccin ms extendido dentro del campo de la construccin y edificacin y se confecciona predosificando todos los ingredientes a excepcin del agua de amasado, que se adiciona en el momento de su utilizacin en obra.

DESARROLLO DEL PROYECTO Valoraciones de Diseo. Si bien cada equipo tiene caractersticas propias, se plantean las siguientes consideraciones mnimas de las cuales parte el diseo del mezclador presentado a continuacin: - Versatilidad para la aplicacin en cualquier sistema de produccin industrial. - Dimensionalmente, debe ser menor comparado con otros equipos industriales que se utilizan en el medio de mezcla industrial y afines. - La tcnica de mezcla debe ser continua eliminando tiempos muertos dentro del proceso. - El sistema se requiere que sea hermtico para evitar contaminacin del medio con el material que se esta tratando. - La cantidad de elementos rodantes debe ser la menor posible. - Debe ser de fcil mantenimiento. - Su proceso de fabricacin debe ser de carcter nacional sin restricciones de accesorios por tiempos de importacin. - Tiempo de permanencia del material en el proceso de mezcla debe ser de 10 segundos. - Su consumo de combustible lo mas ahorrativo posible. - Se requiere que sus niveles de contaminacin ambiental concernientes a la emanacin de CO2 sean los ms bajos posibles. - La capacidad mnima de mezcla debe ser de 20 Ton/h

CAPACIDAD DE DISEO O EQUIVALENTE.Se asume que el material a mezclar y transportar es arena con humedad del 0%, y cemento, en una proporcin de 80 20 respectivamente, con regmenes de temperatura inferiores a los 30C.

la capacidad requerida se ve influenciada por agentes externos o componentes del mismo transportador. Se debe tener en cuenta factores adicionales que establecen la capacidad a la cual se debe disear el transportador.

FACTOR ESPECIAL DE CAPACIDAD POR EL TIPO DE PASO (CF1).Debido a las variables, constantes y en especial al tiempo de permanencia del material dentro del equipo, y tambin para efectos de disminucin de longitud, se usa un paso igual al dimetro de la hlice. Siguiendo la Figura 1, Tabla 1-3 del cdigo CEMA [2], se encuentra que CF1 = 1.0

FACTOR ESPECIAL DE CAPACIDAD POR TIPO DE HLICE (CF2)Dependiendo el entorno tecnolgico con que cuente el lugar donde se va a fabricar: la espiral seccional se construye por medio de discos unidos por soldadura hasta completar la longitud deseada, la espiral helicoidal se construye con la ayuda de una mquina que la fabrica con un solo tramo de chapa, y se denomina helicoidal porque la punta de la aleta es cnica.

no existe ninguna restriccin de carga por parte de la carta de materiales consultada en la Tabla 1-2 Cdigo CEMA, se opt por dejar este valor pues si se realiza una extrapolacin CF2 = 2.13, que es un valor de ajuste menos conservador que el seleccionado en la Figura 2

FACTOR ESPECIAL DE CAPACIDAD POR PALETAS MEZCLADORAS (CF3).Como la hlice a utilizar est compuesta por paletas a lo largo del equipo con una inclinacin de 45, con cuatro de estas por paso, se tiene que CF3 = 1.32, valor determinado de la Tabla 1-5.

CAPACIDAD EQUIVALENTE

DIAMETRO Y VELOCIDADPara el clculo de la capacidad volumtrica por r.p.m, se utilizaron las siguientes ecuaciones:

LIMITACIONES DE TAMAO DEL TRANSPORTADOR EN FUNCIN DE LA GRANULOMETRA. Las dimensiones del equipo no dependen solo de la capacidad, porcentaje de llenado o velocidad de giro; tambin dependen de la proporcin de terrones existentes en el material a transportar y de la dureza de estos. Se debe establecer el tamao mximo permisible para la hlice dependiendo del porcentaje de aglomeracin de terrones y el dimetro de la hlice. (Tabla 7-1 del cdigo) CLCULO DE POTENCIA. se debe a la sumatoria de la potencia necesaria para mover la espiral venciendo agentes externos como la friccin, mas la potencia necesaria para mover el material, adems de un ajuste que se realiza en funcin del factor de carga y eficiencia dependiente del tipo de transmisin que se emplee.

Donde: HPf es la potencia para mover el transportador desocupado en hp, HPm es la potencia para mover el material en hp, L es la longitud a transportar en pies, N es la velocidad angular en rpm, Fd es el factor segn el dimetro del equipo, ver Figura 4, Fb es el factor del tipo de rodamiento utilizado en el soporte intermedio, ver Figura 5, C es la capacidad en ft3/h, W es la densidad del mortero seco en lb/ft3, Ff es el factor debido al porcentaje de carga, ver Figura 6, Fm es el factor de material, Fp es el factor por el nmero de paletas por paso, Fo es el factor de sobrecarga y e es el factor de eficiencia. Fm, est determinado por el tipo de material que se desea transportar, se encuentra en la Tabla 1-2 del cdigo.

El factor de sobrecarga (Fo) posee un condicional en el cual, si HPf + HPm > 5.2, Fo =1, de lo contrario se debe usar la Figura 8.

El sistema de acople a utilizar es un acople directo entre la caja reductora y el eje de la hlice, este acople directo se hace por medio del eje hueco de la caja reductora, y la transmisin de potencia por cua. En ese orden de ideas, se entiende el sistema como si estuviera utilizando un acople de cadena, como lo seala la Figura 9, siendo esta configuracin la mejor frente a otras posibles. Por esto se asume eficiencia e = 0.95 La eficiencia es uno de los factores ms importantes a tener en cuenta por su incidencia en el costo de los equipos.

Teniendo todos los valores identificados se procede al clculo de las potencias.

LMITE DE RESISTENCIA A LA TORSIN. El torque est en funcin de la potencia y la velocidad con la que gira la hlice.

Luego de hallar el torque, se compara con el mximo torque que puede llegar a soportar la flecha que se seleccion inicialmente para el equipo, para luego escoger la cantidad de tornillos y el grado a utilizar, Figura 10.

DEFLEXIN Y DILATACIN TRMICA la limitante que genera la presencia de deflexiones en la hlice de un transportador a sinfn, siendo esta la principal causa por la que se implementan los soportes intermedios en estos equipos. Para este caso en especial, no existe ninguna complicacin ya que la longitud se encuentra dentro del rango permisible. Pese a ello, de todas maneras, se debe calcular siguiendo la expresin del Cdigo CEMA:

donde, D es la deflexin en pulgadas, W es el peso total de la hlice en lb, L es la longitud del transportado en pulgadas e I es el momento de inercia de la flecha en pulgadas de cuarto orden. El momento de inercia de la flecha vara en funcin de su dimetro y espesor de pared; este valor se puede determinar chequeando la Figura 11, tabla 1-20 o 1-21 del Cdigo CEMA.

Otro aspecto importante para tener en cuenta es la dilatacin trmica del material

L es la longitud del transportador en pulgadas, T1 es la temperatura mayor en F, T2 es la temperatura menor en F y C es el coeficiente de expansin lineal en 1/F.

Este coeficiente depende del tipo de material con el que se fabrique la hlice, en este caso C = 0.000065 1/F para aceros rolados en caliente con temperaturas de trabajo entre 20 80 C, equivalentes a la temperatura a la cual entran y salen los materiales del mezclador. La dilatacin mxima esperada es L= 0.08in

El tornillo sinfn es el elemento ms crtico dentro del equipo, debido a esto la verificacin del diseo se centra en este elemento. El tornillo sinfn se encuentra cargado como se muestra en la Figura 12, donde se asume las cargas radiales en z de valor despreciable y las cargas axiales usadas para mezclar y desplazar el mortero seco son trasladadas a los rodamientos del eje.

La verificacin de los esfuerzos de fatiga sobre el tornillo sinfn por aproximacin de Goodman se puede lograr en la Figura 13, donde en azul (G) est la lnea de Goodman, en rojo (Y) la lnea del esfuerzo de fluencia, en verde (S) el esfuerzo del cuerpo y en rosado (C) el esfuerzo alternante [4, 5].

La verificacin de la deflexin de las paletas del tornillo sinfin se analiza por elementos finitos mediante en CosmosWorks 2007; sus resultados se aprecian en la Figura 14. Obviamente, el valor ms crtico de la deflexin se encontr en el borde externo de la paleta, y fue de 0,0876 mm de su posicin inicial, que es un valor aceptable.

En el siguiente paso se realiz un ensamble virtual para comprobar el tamao de cada una de las partes, as como la cantidad de elementos de sujecin, posicin del reductor, tamao y cantidad de rodamientos entre otros, ver figura 15.

Finalmente se procedi a la construccin del prototipo. En la figura 16 se puede apreciar el tornillo sinfn de paletas y en la figura 17 la transmisin del reductor con acople directo al eje del tornillo sinfn, el cual se encuentra en el costado de la salida de la mezcla.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESPara el diseo de sistemas de transporte con mezcla debe tenerse en cuenta que el tornillo transportador a sinfn es el candidato idneo para suplir las necesidades de transporte, pero en la metodologa de mezclado, el ms apto es el sistema de paletas. Por lo cual, se realiz una fusin entre estos dos sistemas obtenindose un mezclador de aletas con caractersticas de transportador a sinfn.

Las instalaciones usadas para la produccin de mortero seco demanda altos costos de mantenimiento, mano de obra, utilizacin de equipos auxiliares, espacios muy grandes y porcentajes de desperdicio considerables. En ltima instancia todos estos costos los asume en su totalidad el consumidor final, de all la importancia de haber logrado un diseo de mezclador y transportador de tornillo sinfn con alta eficiencia operativa y de bajas dimensiones comparado con otros equipos en el mercado.Las pruebas con el prototipo demuestran un comportamiento de acuerdo a las consideraciones de diseo preestablecidas, confirmando el diseo realizado bajo el cdigo CEMA y la verificacin resistiva realizada por medio de elementos finitos.