ELEVADOR DE CANGILONES

LEOWALDO SANTOS AMAYAJORGE ELIECER ARDILA PÉREZ

CAMILO SANABRIA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

2004TABLA DE CONTENIDOS

INTRODUCCION

OBJETIVOS

MARCO TEORICO

1. ELEVADORES DE CANGILONES

1.1 PARTES DE ELEVADORES DE CANGILONES

1.1.1 Generales

1.1.1.1 Cabezal motriz

1.1.1.2 Cabezal tensor o pie

1.1.1.3 Cajas intermedias

1.1.1.4 Grupo motriz o accionamiento

1.1.1.5 Banda transportadora y cangilones o baldes

1.1.2 Específicos

1.2 TIPOS DE ELEVADORES DE CANGILONES

1.2.1 Elevadores de Cangilones Continuos

1.2.2 Elevadores de Cangilones Espaciados y Descarga Centrífuga

1.2.3 Elevadores de Cangilones Espaciados y Descarga Positiva

1.2.4 Elevadores de Cangilones de Capacidad superior.

2. ELEVADORES DE CANGILONES INDUSTRIALES

3. DISEÑO DE UN ELEVADOR DE CANGILONES TIPO DESCARGA CENTRÍFUGA.

3.1 Velocidad final del moto-reductor

3.2 Calculo del numero de cangilones

3.3 Diseño del eje

4. BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION

Con el aumento en la demanda las industrias se han visto en la obligación de mejorar y ampliar la producción, de manera que el manejo mecánico de los productos en la industria moderna comienza a jugar un papel muy importante en su desarrollo.

Donde, los sistemas de transportadores son la clave de la producción en masa, desde la obtención de materiales en bruto hasta el proceso final de los productos. Los transportadores hacen posible la circulación de los productos a través de una planta, sincronizando operaciones y moviendo grandes cantidades de mercancía sin el agobiador esfuerzo humano, y con las ventajas de economizar tiempo y dinero.

Los transportadores toman muchas formas, desde equipos de banda hasta cadena, de alimentadores a descargadores, de elevadores de cangilones hasta unitarios. Todos ellos acarrean material a cualquier distancia, desde unos cuantos metros hasta kilómetros. Pueden manejar materiales finos, ligeros u objetos muy pesados.

Es por esto que a lo largo de este trabajo, manejaremos el tema de los elevadores de cangilones, una máquina que ha sido de gran importancia en la industria, pero su desempeño se destaca en la industria de alimentos, para el transporte de frutas secas, frutas frescas, arroz, etc.

MARCO TEORICO

1. ELEVADORES DE CANGILONES

Cumple la misma función que el transportador por banda pero en forma netamente vertical, no puede tener descargas intermedias y generalmente posee uno o dos punto de carga en la base (cabezal tensor o pie) y una descarga en el otro extremo (cabezal motriz).Las alturas de elevación están comprendidas en un rango de entre 10 a 60 m y los anchos de banda entre 200 y 1200 mm

El elemento encargado de retener y transportar el material durante el ascenso se lo llama cangilón o balde, existen de distintos tipos y materiales de acuerdo al producto a transportar.

1.3 PARTES DE ELEVADORES DE CANGILONES1.1.1 Generales

Estos equipos realizan el transporte del producto en forma vertical, el material es cargado en la parte inferior o pie dentro de un balde el cual lo transporta hasta la parte superior donde se produce la descarga.

Es posible distinguir varios componentes principales, tanto en su estructura exterior tanto como en la interior:

En el exterior hay cuatro componentes:

Cabezal motriz. (1,2,3,4 y 5) Cabezal tensor. (8,10,11 y 12) Cajas intermedias. (7 y 9) Grupo motriz o accionamiento.

En el interior hay otros cuatro componentes:

Polea motriz. Polea tensora. Banda transportadora. (6)

Balde o cangilón. (6)

1.1.1.1 Cabezal motriz

El cabezal motriz, el cual se encuentra en la zona superior del equipo, esta construido con chapas de acero en forma de caja y en el se encuentran la polea motriz, el grupo de accionamiento, la tolva de descarga y una serie de puertas de inspección. Si el elevador esta construido en forma autoportante, es también muy común que se halle integrada una plataforma para acceso y mantenimiento que rodea todo el cabezal.

 

 

1.1.1.2 Cabezal tensor o pie

El pie o cabezal tensor, el cual se encuentra en la zona inferior del equipo, esta construido con chapas de acero en forma de caja y en el se encuentran la polea tensora o de retorno, el sistema de tensado de banda, la o las tolvas o bocas de carga y un conjunto de puertas de inspección. Existen dos formas de cargar los baldes, estas son conocidas como: directa, cuando el material es introducido de frente al cangilon y la otra por dragado, cuando el cangilon arrastra el material desde el fondo.

 1.1.1.3 Cajas intermedias

Estas estructuras intermedias están construidas en el mismo material que los cabezales, su función es la de cubrir los ramales de banda y cangilones y a la vez dar rigidez a todo el conjunto.Según su ubicación encontramos básicamente tres tipos de cajas intermedias:La que se halla mas cerca del cabezal motriz (es decir la ultima de ellas considerando como inicio el cabezal tensor) es llamada de ajuste debido a que se coloca para ajustar la distancia entre la ultima caja estándar y dicho cabezal.

luego podemos distinguir las cajas intermedias típicas o estándar, que poseen una altura que varia según el diseño entre 1500 y 2000 mm y por ultimo las cajas intermedias especiales que tienen la misma altura que una típica pero con paneles laterales desmontables para inspección o recambio de cangilones.

Todos estos tipos de cajas intermedias pueden contener a los dos ramales de banda (ascendente y descendente) o a cada uno por separado, esto dependerá en gran medida del ancho de banda del elevador.

1.1.1.4 Grupo motriz o accionamiento

Es el encargado de transmitir la potencia necesaria para producir el movimiento de la polea motriz y la banda con los cangilones. Existen diversos tipos de accionamientos, todos ellos como mínimo deben tener un motor y un reductor de velocidad, la forma de acoplar estos accionamientos al eje de la polea motriz varia según las potencias a transmitir, existen los de acople directo mediante un eje hueco, o también mediante un acoplador rígido que une los extremos del eje de la polea y el reductor. Otra posibilidad es la utilización de transmisiones por correas entre el accionamiento motriz y la polea.

1.1.1.5 Banda transportadora y cangilones o baldes

Las bandas transportadoras de goma están compuestas de distintas capas, goma-tela, goma-malla metálica, etc., la elección de alguno de estos tipos depende de factores de diseño como: el producto a transportar, la altura, la velocidad, etc. a diferencia de las bandas para cintas transportadoras la unión de los extremos no se vulcaniza, en su lugar se realiza un empalme

mecánico, ya sea por solapamiento y abulonado o mediante el uso de clamps como se detalla en el grafico. Los cangilones o baldes son los encargados de transportar el material en su interior desde la carga hasta la descarga, los hay de diversas formas y materiales, cada uno de ellos ideal para ciertas necesidades y materiales. La sujeción a la banda se produce mediante unión mecánica con bulones especiales y la distribución a lo largo de la misma se diseña para poder cumplir con la capacidad de transporte requerida.

1.1.2 Específicos

Figura: Ensamble y componentes del elevador típico

ELEVADOR DE CANGILONES – El elevador ensamblado en Fig. No. 1 muestra el sistema principal de elevación. Consiste de cabeza (1), bota (caja) (14), la caja o envoltura del elevador (11), puerta de servicio (12), y banda/cadena y cangilones.CABEZA – La cabeza (ítem 1, Fig. 1) es el componente localizado en la parte superior del elevador. Consiste de una caja de acero que soporta la transmisión, rueda motriz dentada, motor y la transmisión reductora.BOTA – La bota o caja (ítem 14, Fig. 1) es el componente inferior del elevador. Recibe el material para ser elevado, contiene la banda inferior o rueda motriz. El tensor esta localizado normalmente en la bota, y es usado para guiar la banda o correa y tensar la cadena.

CAJA – La caja o envoltura del elevador (ítem 11, Fig. 1) es manufacturado 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 del elevador, o cadena o 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.DESCARGA DE TRANSICION– Una transición que se usa para adaptar una salida cuadrada a un surtidor distribuidor redondo.PROPULSOR DEL ELEVADOR – La cabeza del elevador Silver-Sweet son moto-propulsor eléctrico montado a través de reductor de eje (ítem 4 Fig. 1. Para unidades grandes usan motores con engranes. Información adicional puede ser encontrada en el manual suplido con cada reductor de velocidad.PLATAFORMA DE SERVICIO DE LA CABEZA – (Ítem 9 Fig. 1) Una área de trabajo para efectuar inspecciones de rutina y mantenimiento en la cabeza del elevador, transmisión y el motor.PLATAFORMA DE SERVICIO DEL DISTRIBUIDOR – Un área de trabajo para el conectador del surtidor al distribuidor y para efectuar inspecciones y mantenimiento del distribuidor.PLATAFORA INTERMEDIA – Un área de descanso para cumplir con normas de seguridad requeridas por OSHA donde establece que a cada 30 pies una plataforma en facilidades comerciales.ESCALERA – La escalera provee acceso a las plataformas de servicio. Carteles son proveídos para instalar la escalera a la caja del elevador en marcos a cada 5” ó 10’ pies.JAULA DE SEGURIDAD – La jaula de seguridad esta construida de tubos y provee una estructura alrededor de la escalera.DISPOSITIVO DE SEGURIDAD PARA SUBIR – Una cinturón de seguridad que es sujetado a un cable tenso por medios deslizables con grapas de acero inoxidable. Este dispositivo llena los requerimientos de seguridad de OSHA y elimina la necesidad de una jaula, plataformas intermedias y escalera.MENSULA SUJETADORA – Grapas alrededor de la caja del elevador para sujetar los cables viento. Un solo cartel ensamblado puede sujetar cuatro puntos de cable – uno en cada esquina de la caja del elevador.MALACATE – Es una opción que provee un brazo extendido para ayudar en subir o bajar los pesados componentes de la pesada cabeza del elevador durante el mantenimiento.BANDAS Y CANGILONES – El material es llevado desde la bota a la cabeza en los cangilones del elevador los cuales están empernados a la banda, ver figura No. 1. Una cadena puede usarse en vez de una banda.CANGILONES Sweet DEL ELEVADOR – Están diseñados con un cuerpo nivelado al contorno con extremos altos para minimizar el derrame del material. Los extremos de los cangilones son reforzados para excavar el material a ambos extremos del cangilón.BANDAS – CADENAS – Este es el componente que lleva los cangilones llenos desde la bota a la cabeza. La banda estándar provee pernos fuertes con la habilidad de soportar y resistentes a estiramientos. Es también resistente al aceite, desgaste, y tiene una cubierta especial que resiste las cargas estáticas.VENTILADOR EN LA CABEZA – Se provee un escape para el aire que puede entrar al elevador a través del distribuidor. Ventiladores en la cabeza son estándar y son instalados en la fabrica. Los elevadores pueden tener puerta de inspección en vez de ventiladores en la cabeza si son requeridos.

Figura: Ensamble de la cabeza típica

DISPOSITIVO DE DESFOGUE EN EL PANEL DE LA CABEZA – Montado en la cubierta de la cabeza, esta diseñado a soltarse bruscamente si hubiese una explosión dentro de la caja del elevador, reduciendo así los daños al elevador. ESTE DISPOSITIVO ES OPCIONAL.DISPOSITIVO DE DESFOGUE EN EL PANEL DE LA CAJA – Estos son secciones de 5’ de la caja que se sueltan en paneles y que provee protección contra daños debido a explosiones. Los paneles son proveídos en la parte superior e inferior de la caja. Las secciones de protección de explosión deben instalarse a 50’. ESTE DISPOSITIVO ES OPCIONAL.

1.2 TIPOS DE ELEVADORES DE CANGILONES

1.2.1 Elevadores de Cangilones ContinuosEstos elevadores (Fig. 5c) se usan en general para los materiales de terrenos mayores o para los que son demasiado difíciles de manejar con las unidades de carga centrífuga. El espacio reducido entre los cangilones reduce la velocidad de operación respecto a la velocidad que manejan los cangilones espaciados. El tipo de descarga, evita la degradación excesiva y hace que este tipo de elevador sea eficiente para trabajar con materiales finos.

1.2.2 Elevadores de Cangilones Espaciados y Descarga Centrífuga

1. Estos elevadores (Fig. 5a) son los más comunes. Normalmente, están equipados con cangilones del tipo 1 y 2 que se muestran en la figura 5 h.

2. Montados sobre una banda o cadena, los cubos o cangilones se espacian para evitar la interferencia en la carga o la descarga.

3. Este tipo de elevador maneja casi todos los materiales de flujo libre tales como granos, arena, carbón o productos químicos secos.

4. Los cangilones se cargan parcialmente mediante el material que fluye directamente a ellos y, en parte, al recoger el material de la bota (Fig. 5 e).

5. Las velocidades pueden ser relativamente altas para materiales densos.

1.2.3 Elevadores de Cangilones Espaciados y Descarga Positiva

1. Este tipo de elevadores (Fig. 5 b) son básicamente iguales a los cangilones con descarga centrífuga.

2. La diferencia está en que este tipo de cangilones se monta en dos tramos principales de cadena y se inclinan hacia atrás bajo una rueda dentada para que su inmersión sea de descarga positiva.

3. Trabaja con materiales pegajosos

4. En algunos casos se le adaptan golpeadores con el fin de no perder material a la hora de la descarga.

5. Tienen una velocidad relativamente baja respecto a la velocidad con que trabajan los cangilones de descarga centrífuga.

1.2.4 Elevadores de Cangilones de Capacidad superior.

2. Este tipo de elevadores (Fig. 5d) están diseñados para elevaciones más grandes y para un tipo de material pesado.

3. Tiene lata capacidad de operación y además trabaja mejor sobre planos inclinados todo con el fin de tener mejores cargas y descargas.

4. La velocidad de trabajo es demasiado lenta debido a los grandes tonelajes que manejan estos dispositivos.

5. El modelo de los cangilones varia de acuerdo con el material que se va a transportar; para materiales como hierro fundido se utilizan los estándar (Fig. 5h) del tipo 1 y 2. Para materiales húmedos o pegajosos del tipo 3 y 4.

2. ELEVADORES DE CANGILONES INDUSTRIALES

DESCARGA CENTRIFUGA

DESCARGA CONTINUA

3. DISEÑO DE UN ELEVADOR DE CANGILONES TIPO DESCARGA CENTRÍFUGA

4.1 Velocidad final del motor-reductor.

Experimental mente se ha determinado un rango de velocidades entre las cuales la descarga del elevador sucede centrífugamente. La banda transportadora debe llevar entonces un velocidad entre 1 y 2 m/s. Además es necesario cumplir un requisito matemático dependiendo del tamaño del tambor superior:

Donde Dp es una distancia polar establecida como parámetro experimentalmente.

Para nuestro caso tendríamos:

Finalmente tendríamos:

4.2 Calculo del número de cangilones:

Para este calculo se debe tener en cuenta variables como: capacidad del elevador, densidad del material (arroz, piedra, carbón), tamaño del cangilón y además sujetarse a las recomendaciones existentes en términos del espacio de cangilones a fin de que la descarga sea centrifuga.

Tenemos entonces: Capacidad del elevador, Q=7 ton/hr=17.29N/s.Velocidad lineal de la banda, V=1.57m/s.Altura del elevador H=5m.De donde el tiempo de subida t=3.68s. para cada cangilón.Si el volumen del cangilón es 0.001m3.Y el peso especifico del arroz, .Cada cangilón debería subir 1.57N/s, y siendo el requerimiento 17.3N/s, tenemos:

#cangilones Llenos, lo que implica un número total de 22

cangilones distanciados 0.52m

3.3 Diseño del eje superior

70.04lbs

By

By

32.66lbs

163.25lbs

Az

Ay

M

M

T2

T1

T3

T4

Cy

Cz

T3

T4

A CB D

A CB D

345lb-pulg

Diagrama flexión (Y-X)

A CB D

Cortante

Momentos

39.48

-30.56-32.66

256.6257.98

A CB D

Diagramas de flexión (X-Z)

22.22

163.26

A CB D

288

Diagrama de Torsión

Material:

AISI=1045SU=100ksi

Para punto critico C

1pulg 0.75 pulg

BIBLIOGRAFIA

Catalogo TAPCO de cangilones.

ROJAS, Hernán. Elementos de máquinas de transporte.

PARADA, Alfredo. Conferencias de bandas transportadoras.

VASQUEZ. Leonidas, Conferencias de diseño de máquinas.

NORTON. Robert, Diseño de máquinas I.

http://www.procesosvirtuales.com/documentos/archivos/DT-EOU01-002.pdf

http://www.geocities.com/ingenieriadelplata/ingenieria.htm

http://www.sweetmfg.com/Spanish/SpanishPDF/Manuals/BE%20Spanish.pdf

OBJETIVOS

1. Diseñar un elevador de cangilones con una capacidad de siete toneladas.

2. Implementar los parámetros y teoría de diseño de elementos mecánicos, según los

requerimientos del proyecto.

3. Realizar modelación y planos del sistema diseñado.

4. Procurar un acercamiento de la academia con la industria y los diferentes ámbitos de

producción.