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8/10/2019 transportadores helicoidales.docx

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Introduccin.

La investigacin que a continuacin se presenta consiste en la determinacin delos transportadores helicoidales. Se pretende conocer los distintos tipos y generalidadesde maquinaria como lo son los transportadores helicoidales, sus clculos, los diferentestipos de espirales que se manejan y las tablas para el calculo de los problemas.


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1.- transportadores helicoidales.

Generalidades.

Estos equipos, tan ampliamente usados en los procesos industriales, tienen comobase la espiral o tornillo de Arqumedes y constan fundamentalmente de una cinta

enrollada por uno de sus bordes alrededor de un eje, formando as lo que se conocecomo espiral, gusano o tornillo transportador.

Variando la forma y materiales de la espiral, podemos: transportar (en senitoreversible), mezclar, lavar, enfriar, empujar, bombear, elevar, etc.

Variando la velocidad podemos: dosificar con precisin, y finalmente: Variando elngulo de inclinacin (hasta la verticalidad en las llamadas bazookas), podemos elevarmateriales.

Por su simpleza pueden trabajar a la intemperie, en ambientes hmedos,corrosivos o calientes, existiendo lugares en donde la sola espiral descansa y operadentro de una zanja revestida de concreto, efectuada en el suelo.

Algunos fabricantes ofrecen espirales de forma y materiales especiales. Ennuestro caso nos dedicaremos al sistema fundamental de gusano transportador en el queel dimetro es igual al paso entre espirales.

Calculo para dimensionar

Consideraciones.

Las caractersticas del material que va a manejar un transportador helicoidal, nosdetermina sus condiciones de diseo.

Por ejemplo, la altura del material dentro de la caja varia directamente con laabrasividad, densidad y granulometra.

Por ejemplo los granos seco de fcil fluidez pueden llenar mas la espiral quecuando se transporta carbn triturado. Los materiales de bajo ngulo de reposo requierenun factor de calculo de potencia mas bajo que los materiales pegajosos resistentes al fluir.En las pginas siguientes se muestra una tabla que resume las caractersticas principalesde los materiales mas comunes.

Mximas velocidades y capacidades

Estas caractersticas de los transportadores helicoidales, se han obtenido

mediante ensayos laborioso resumindose en tablas como las siguientes:

Mximo tamao de terrones

Para el manejo de esta tabla considere un material compuesto por finos grumos oterrones donde el 25% del volumen muestreado, no excede el mximo tamao promediode los terrones o protuberancias que contenga el material a transportar.


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La tabla siguiente, obtenida mediante experiencias de los fabricantes nos facilita laseleccin del tamao de la espiral, en funcin de la dimensin de los terrones,independientemente de la capacidad.

Tabla 1

Mximo tamao permisible de terrones.

Dimetro del transportadoEn pulgadas,

Mximo tamao de terronesEn pulgadas.

4

6

9 1

12 2

14 2

16 3

18 3

20 3

24 4

Velocidades y capacidades

La forma de la hlice nos permite imaginarla como un cuerpo revolucin en elespacio. Con este criterio, por cada giro que realiza el espiral sobre un eje, desplaza undeterminado volumen de espacio, aproximadamente constante en el manejo demateriales, de tal forma que al multiplicarla capacidad de la espiral en una vuelta, por elnumero de vueltas dadas en la unidad de tiempo, obtenemos la capacidad efectiva deltransportador, expresada volumtricamente en la unidad de tiempo.

Las capacidades de llenado de un espiral, dependen como ya se dijo del tipo dematerial y nunca mas del 45%. En la tabla de propiedades de los materiales, se aprecia eltipo de clasificacin de capacidad indicado por los nmeros 1, 2, 3, 4, correspondienteslas siguientes propiedades.


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1. Clase 1 45%: Son materiales de fcil fluidez que pueden manejar a al tasvelocidades como son: granos, grafito en polvo, etc.

2. Clase 2 30%: son materiales no abrasivos y finos, o aquellos que son una mezclade finos y pequeos terrones como: hielo triturado, polvo de hornear, hojuelas demaz, etc.

3. Clase 3 30%: aqu se incluyen los materiales finos, resistentes a fluir ymediamente abrasivos como: sal en grano, cemento talco, etc. Y que debenmanejarse a bajas velocidades.

4. Clase 4 15%: para materiales de poca fluidez, abrasivos o con muchos terronescomo: alumina, bauxita, arena seca, escorias, etc.

Tabla #2

Capacidades en pies cbicos por hora

Para los transportadores clase 1

45%

DimetroEn pulgadas

Mxima velocidadEn R. P. M.

CapacidadA 1 R. P. M.

Capacidad amxima velocidad

6 165 2.27 375

9 150 8.0 1200

12 140 19.3 2700

14 130 30.8 4000

16 120 46.6 5600

18 115 66,1 7600

20 105 94.0 9975


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Tabla #3

Capacidades en pies cbicos por hora


30%

Dimetro enpulgadas

Mxima velocidadenR. P. M.

Capacidad A1 R. P. M.


6 120 1.5 180

9 100 5.6 560

12 90 13.3 1200

14 85 21.1 1790

16 80 31,4 2510

18 75 45.4 3400

20 70 62.1 4340

Tabla #4

Capacidades en pies cbicos


Dimetro enpulgadas

Mxima velocidadenR. P. m.

Capacidad a1 R. P. m.


6 60 1.5 90

9 50 5.6 280

12 50 13.3 665

14 45 21.1 950

16 45 31.4 1410

18 40 45.5 1850

20 40 62.1 2485


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Tabla #5

Capacidad en pies cbicos por hora para los transportadores clase 4

15%

Dimetro enpulgadas

Mxima velocidadenR. P. m.

Capacidad a1 R. P. m.


6 60 0.75 45

9 50 2.8 140

12 50 6.7 335

14 45 10.5 470

16 45 15.7 705

18 40 22.7 910

20 40 31.1 1240

Diseo

El transportador requiere adems de la espiral, de una caja que aloja a la espiral,pernos, coplees y tornillos que unen las espirales, chumaceras colgantes, tapas conchumaceras de brida en los extremos de transmisin y sistema de carga

El diseo de cada uno de los componentes mencionados, depender

principalmente, del tipo de material, condiciones de operacin, etc.


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Espiral para uso especial

La parte mas importante del transportador helicoidal, es obviamente la espiral, lacual se muestra en varias formas segn las aplicaciones especiales:

Espiral normal, donde el paso entre hlices es igual al dimetros: es la forma queestudiaremos en esta nota, por ser la mayor aplicacin en 95% de los casos.

Espiral de cinta:utilizada en el manejo de materiales mojados o pegajosos comoazcar, asfalto. Etc.

Espiral de doble hlice: sirve para obtener mayor precisin en los entregos,tambin para mayores capacidades e inclinaciones.


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Espiral de paso corto:se utiliza para empujar, para manejar materiales difciles opara transportados inclinados.

Espiral de orillas cortadas:se usa para mezclar los materiales al mismo tiempoque se transportan.

Espiral de orillas cortadas y dobladas: retardan el flujo de material, mismo quees levantado en el trayecto para su secado o enfriamiento.

Espiral con paletas intermedias: se usa para mezclar y batir los materiales almismo tiempo que se transportan.

Espiral de acero fundido: se usa para manejar materiales muy abrasivos,permitiendo cambiar las espirales una por una segn se requiera.

El eje de las espirales es hueco, formado normalmente por un tubo en cuyosextremos se alojan los ejes pernos de unin. Las espirales se construyen de una longitud

normal de 10FT. Hasta dimetros de 10 pulgadas y de 12FT. De largo para dimetrosmayores, pudiendo existir tamao menores para ajustar las longitudes totales deltransportador.

Las espirales se unen unas con otras mediante pernos de acoplamiento los cualesvan atornillados de tal forma que en caso de un forzamiento los tornillos (2) colocado a90, actan como fusibles protegiendo el equipo.


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Estos ejes pernos tambin se colocan en los extremos del transportador siendocortos en el lado libre y largos y ranura dos en el lado motriz.

Aqu se aprecia un eje perno uniendo dos espirales, dejando el espacio de lachumacera colgante; tambin se observa un eje terminal de extremo no motriz detransportador helicoidal.

Aqu se muestra un eje terminal largo ranura do para el lado motriz y un tipo detornillo fusible con tuerca de seguridad que impide aflojamiento.

Cajas de conduccin

Son el alojamiento de las espirales, y tiene tales dimensiones que permiten un

pequeo espacio entre la caja y el espiral que impiden su contacto y desgaste; son echasde lamina rolada con una tapa plana embisagradas o fija mediante tornillo, grapas osobrepuestas.


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Existen cajas para usos especiales como son las perforadas y las recubiertas conmadera que sirven para cribar o lavar los materiales durante su transporte.

La unin de unas cajas con otras se efecta por medio de bridas, teniendo lascajas una longitud estndar de 10FT., estas bridas permiten cambiar un solo tramo decaja en caso de reparaciones, tambin se aprovechan las bridas para colocar la soperteriadel transportador segn se requiera.

La alimentacin de los transportadores helicoidales se efecta por la partesuperior, por un simple agujero en la tapa, mientras que la descarga se efecta mediantecompuertas deslizantes que permiten regular el flujo, pudiendo un solo transportador tenermas de una descarga.


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Tapas laterales

Los transportadores helicoidales llevan una tapa del lado motriz y otra tapa en ladoloco, las cuales alojan a las chumaceras que soportan a la espiral, absorbiendo adems elempuje axial resultante del flujo material. Estas tapas normalmente son cuadradas ychumaceras tipo brida, aunque existen redondas con base de chumaceras de pie o conbushings lubricados.

La transmisin de la fuerza impulsora se efecta mediante motor reductores,cadenas o engranes descubiertos. En esta noto no se seleccionara los motor reductorespor ser material de otra asignatura, por lo que solamente se calculara la potenciarequerida.


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Chumaceras colgantes

Tambin llamadas columpios, son el soporte de las espirales, mantenindolasgirando en el atresin que rocen la caja.

Se fijan el parte superior de la caja y sostiene el elemento rolado o de friccindonde giran los pernos ejes de acoplamiento.

Este elemento de carga tradicionalmente ha sido bronce, metal babbit, acero,madera aceitada o embalerado, estando construida de materiales plsticos muyresistentes a la abrasin como el polipropileno.


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Sentido de giro

Una espiral, al igual que un tornillo, pueden enviar hacia un lado o al contrario elmaterial, invirtiendo el sentido de la rotacin. Por lo cual se construyen con la espiralenrollada hacia la derecha o hacia la izquierda. El sentido se determina fcilmente segnse aprecia en la figura, o bien observando los hilos de un tornillo estndar hacia la

derecha o izquierda en caso contrario.

Esta propiedad permite que los transportadores helicoidales convienen o repartan

dos o ms materiales intercalando espirales con distintos sentidos de giro.

Mxima longitud de un trasportador helicoidal

La parte mas dbil de un conjunto de espirales, son los tornillos de los coplees,mismo que cizallan en caso de atasque o bien que la excesiva longitud del transportadorincremente el par torsional al limites de la ruptura.

La tabla siguiente nos indica la potencia mxima que puede transmitir un transportadorhelicoidal.

Tabla #6

Dimetro de laespiral en pulgadas

Dimetro del copleeen pulgadas

Mxima potencia enH. P.

Mximo torque enLB-pulgadas

4 1 1.5 950

6,9,10 1 5 3200

9,10,12 2 10 6300

12, 14 2 15 9500

12, 14, 16, 18 3 25 16000

20 3 40 25000

24 4 45 30000


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Siempre despus de efectuar un calculo de la potencia de un transportador, sedebe verificar con esta tabla que se puede transmitir , en caso contrario, considerando eltamao, siguiente de espiral y vuelva a calcular; aunque opere mas vacio el sistema,podr tener mayor longitud al disminuir el torque.

Claro entre espiral y baja

La forma mas sencilla de calcular esta dimensin, consiste en dejar el 2% deldimetro de la espiral. Esto es suficiente.

Pernos-eje de acoplamiento de espirales

Como se vera mas adelante, estos ejes se encuentran tabulados indicando undimetro menor que el interior de los tubos que toman como eje en la construccin deespirales, esto se debe a que los extremos de los tubos debe rectificarse en torno, para

meterles un casquillo bien ajustado, en cuyo interior se alojara un perno de acoplamientocon un ajuste libre que permita desacoplar las espirales en el campo sin dificultad, latransmisin de la fuera del tubo al eje de acoplamiento se efecta mediante tornillos(2)pasados colocados a 90 uno del otro. La longitud del eje entra en el tubo puedecalcularse considerando una dimensin 2 veces el dimetro del eje de acoplamiento.El material de estos ejes normalmente cold rolled, mientras que los tornillos-fusibles sonde grado 3 o grado 5 con tuercas de seguridad.

Material de las cajas y espirales

En la practica se fabrican de acero al carbn rolado en caliente comercial.

Procedimiento del diseo

Conociendo la capacidad en toneladas por hora, del material a transportar y ladistancia requerida, se siguen los siguientes lineamentos.

1. Usando la tabla de pesos volumtricos transforme las ton/hora a Ft 3/ hora. (tabla#9)

2. En la misma tabla obtenga la clasificacin de la capacidad 1, 2, 3, 4, dependientedel tipo de material.

3. Con el valor obtenido, consulte la tabla de capacidad en FT 3 por hora que puededar un transportador de esa clase, usando el criterio seleccione el dimetro enpulgadas de la espiral, y su velocidad en R. M. P. la cual se encuentra dividiendola capacidad requerida de FT 3/hr entre la capacidad dada en una R. P. M.tabulada. (ver tablas 2, 3, 4, 5)

4. Calcule el factor S segn la chumacera adecuada al tipo de transportador (tabla# 7 y tabla #8).


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Tabla #7

Tipo de transportador Material de chumacera.

A Babbit

B Madera aceitada

C Bronce auto-lubricado

D AceroE Acero

F BabbitG Madera aceitada

H BabbitJ Broce auto-lubricado

K Acero

5.- Calcule la potencia H

6.- Calcule el tamao del motor

7.- Verifique el calculo del coplee mediante la potencia H.P calculada paraconfirmar que la instalacin soporta el torque, en caso contrario, use el dimetro deespiral siguiente mayor.

8.- Dimensiones las espirales segn la tabla siguiente (la adecuada entre lastablas 10 a 19).

Calculo de la potencia

Para un sistema de espiral de paso estndar, se utiliza la formula siguiente: Segn elfabricante Stephens-Adamson MFG, Co.

Para transportadores horizontales:

H= ( L x S X R) + ( C x W x L x F)_______________________

1, 000, 000

Para transportadores inclinados:

H= ( L x S x R) + ( C x W x L x F) M x N_________________________+ _________

1, 000, 000 990


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Donde:

H: potencia requerida en el ejeL: longitud del transportador en FT

S: factor de transporte (ver tabla #8)R: velocidad de rotacin en R. M. P. (ver tablas # 2, 3, 4, 5)C: capacidad requerida en ft 3 por hora de material a transportarW: peso volumtrico del material en lb/ ft 3 (ver tabla)F: factor de potencia (ver tabla de las propiedades de los materiales #9)M: desnivel total en pies para transportadores inclinadosN: capacidad en ton/hr que ser transportado

Calculo del motor impulsor

H.P = H G_______

E

Donde:H: potencia requerida en el ejeE: eficiencia de la transmisin segn la siguiente tabla:

Por cada par de engranes rectos:

Fresados Fundidos Sprockets Bandas V0.9 0.85 0.9 0.93

Por cada reducto de engranes helicoidales:

Reduccin sencilla Reduccin doble Reduccin triple0.95 0.93 0.91

G tiene un valor segn la siguiente tabla:G: 2 cuando H es 1 o menosG: 1.5 cuando H esta entre 1 y 2G: 1.25 cuando H esta entre 2 y 4G: 1.1 cuando H esta entre 5 y 4G: 1 cuando H es 5 o mas


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Tabla para el calculo de factor S, en la formula anterior. Dependiente del tipo dechumacera colgante.

Tabla #8

Dimetro dela espiral

Chumaceraembalada

Babbit,bronce omadera

Bronce auto-lubricado Acero

S S S S

4 12 21 33 50

6 18 33 54 80

9 32 54 96 130

10 38 66 114 160

12 55 96 171 250

14 78 135 255 35016 106 186 336 480

18 140 240 414 600

20 165 285 510 700

24 230 390 690 950


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Tabla #9Pesos de materiales, clasificacin de la capacidad, tipo de transportador a usar,

factor para la formula de la potencia y abrasividad.


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Tabla #10Dimensiones de las espirales, expresadas en pulgadas, y espesores de las hlices

y cajas de conduccin, en el calibre comercial ( U. S. standar guage) para lostransportadores tipo A.

Dimetrode espiral

Dimetrode coplee

Perno delcoplee

Espesorde laespiral

Espesorde la caja

Dimetroin. Deltubo deleje.

4 1 3/8 x2 16 16 1

6 1 x3 16 16 2

9 1 x3 14 16 2

9 2 5/8 x 3 14 16 2

12 2 5/8 x3 12 14 2

12 2 5/8 x4 12 14 3

12 3 x 5 12 14 3

14 2 5/8 x4 12 14 3

14 3 x 5 12 14 3

16 3 x5 12 14 3

18 3 7/8 x5 10 12 4

20 3 7/8 x 5 10 12 4

24 4 1 x 6 6 10 5

Los dimetros interiores de los tubo de acero al carbn sugeridos para estaconstruccin de transportador, no son uniformes, por lo que al comprar los dimetros delos coplees con los dimetros interiores de los tubos, se aprecia una diferencia que sedebe ajustar con un casquillo ajustado al interior del tubo bien torneado.


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Tabla # 11Dimensiones de las espirales expresadas en pulgadas y espesores de las hlices

y cajas de conduccin, en el calibre comercial (U.S. standard gauge) para lostransportadores tipo B.



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Tabla # 12Dimensiones de espirales, expresadas en pulgadas, y espesores de las hlices y

cajas conduccin, en el calibre comercial (U. S. estndar guage) para los transportadorestipo C

Dimetro deespiral

Dimetro decoplee

Perno decoplee

Espesor dela espiral

Espesor dela caja

Dimetro in.Del tubo deleje

4 1 3/8 x 2 16 16 1

6 1 x 3 16 16 2

9 1 x 3 14 16 2

9 2 5/8 x 3 14 16 2

12 2 5/8 x 3 12 14 2

12 2 5/8 x 4 12 14 3

12 3 x5 12 14 3

14 2 5/8 x 4 12 14 314 3 x 5 12 14 3

16 3 x 5 12 14 3

18 3 7/8 x 5 10 12 4

20 3 7/8 x 5 10 12 4

24 4 1x6 6 10 5

Los dimetros interiores de los tubo de acero al carbn sugeridos para esta

construccin de transportador, no son uniformes, por lo que al comprar los dimetros delos coplees con los dimetros interiores de los tubos, se aprecia una diferencia que sedebe ajustar con un casquillo ajustado al interior del tubo bien torneado.


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Tabla #13Dimensiones de las espirales expresadas en pulgadas y espesores de las hlices

y cajas de conduccin, en el calibre comercial (U.S. standard gauge) para lostransportadores tipo D.



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y cajas de conduccin, en el calibre comercial (U.S. standard gauge) para lostransportadores tipo E.



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y cajas de conduccin, en el calibre comercial (U.S. standard gauge) para lostransportadores tipo F.



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y cajas de conduccin, en el calibre comercial (U.S. standard gauge) para lostransportadores tipo G.



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y cajas de conduccin, en el calibre comercial (U.S. standard gauge) para lostransportadores tipo H.



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Tabla #18

Dimensiones de las espirales expresadas en pulgadas y espesores de las hlicesy cajas de conduccin, en el calibre comercial (U.S. standard gauge) para lostransportadores tipo J.



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Tabla #20

Dimensiones de las espirales expresadas en pulgadas y espesores de las hlicesy cajas de conduccin, en el calibre comercial (U.S. standard gauge) para lostransportadores tipo K.



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Tabla #20


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Tabla #21

Dimensiones de las plantillas para construir los espirales.


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Ejemplo:

Dimensionar un transportador helicoidal horizontal que maneje 40 ton/hr. De arroz,hasta una distancia de 30 metros.1.-de acuerdo con la tabla #9, el peso volumtrico del arroz es de 45

lb/ft3 .Para tomar ton/ hr a ft3/ hr., se efecta lo siguiente:

2.-de la misma tabla, el tipo de transportador es C(tambin puede A o B, solo quese escoge C por ser mas robusto) y la clasificacin de la capacidad L.

3.-con este valor y la capacidad de 1956 ft3/hr entramos a la tabla #2 y obtenemos:Dimetro de la espiral: 12Velocidad mxima: 140 RPM.

(en este caso, el transportador que puede dar 2700 ton/hr. Opera a un lleno menor de45% al manejar solamente 10956ft3/ hr.; otra opcin seria disminuir las RMP para que nosdiera la capacidad deseada a un 45% de llenado).

4.-material de la chumeras colgante segn la tabla #7, para el tipo de transportador Cse recomienda utilizar unas chumaceras colgantes de:BRONCEAUTOLUBRICADO

5.-calculo de la potencia:H= (L x S x R) + ( C x W x L x F)

______________________1000000

L= 98.4 ftS= 171 (de la tabla #8)R= 140 RMP (de la tabla # 2)C= 1956 ft3/hrF= 0.4

Sustituyendo:

H= (98.4)(171)(140)+(1956)(45)(98.4)(0.4)________________________________

1, 000, 000

H= 5.82 HP (potencia requerida en el eje)

6.-calculo de tamao del motor impulsor.H= 5.82G= 1E= 0.93H= (5.82) (1)

_________0.93


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Hp=6.25 hpMotor comercial: 7.5 HP.

7.-verificacin del torque.En la tabla 6 vemos que para un espiral de 12de dimetro se puede usar coplees

de 2y de 2 de dimetro, soportando el HP que se indica:

Dimetro de espiral dimetro de coplee HP mxima12 2 1012 2 15

En nuestro caso, la potencia es de 6.25 HP lo cual indica la espiral de 12 de dimetro,con un coplee de 2operara satisfactoriamente.

8.-dimensiones del transportadorPara un transportador tipo C vemos la tabla #12y obtenemos:Dimetro de la espiral: 12Dimetro del coplee: 2

Perno del coplee: 5/8x 3 Espesor del espiral: 12 GaEspesor de la caja: 15 Ga.

Dimetro interno del tubo del eje: 2


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Conclusin.

Con el trabajo que acabamos de presentar se crea una clara visin del conceptode los transportadores helicoidales.

Los transportadores helicoidales desempean un papel muy importante en

mercado de la industria ya que con ellos se pueden transportar diferentes tipos dematerial y as mejorar las condiciones del operador y hacer un trabajo ms fcil y seguro.

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