Facultad de ingeniería Campus los Niches

Diseño (Cálculo y selección) de un sistema de transporte de material según condiciones establecidas.

Profesor: Leonardo Albornoz Integrantes: Felipe Bueno

Domingo González Matías Poblete

Mario Valdés

14 de Octubre de 2014, Curicó – Chile.

Tabla de contenidoCapítulo I............................................................................................................................................5

1. Problema a resolver..................................................................................................................6

1.1. Alcances.................................................................................................................................6

1.2. Eventuales restricciones.........................................................................................................6

Capítulo II...........................................................................................................................................7

2. Visualización y enumeración de los conocimientos que estima necesarios para alcanzar la solución al problema..........................................................................................................................8

2.1. Módulos cursados y que serán aplicados en este proyecto serian.......................................8

2.2. Módulos necesarios que aún no se han cursado...................................................................9

Capítulo III........................................................................................................................................10

3. Base teórica..............................................................................................................................11

3.1. Normas de dibujo.................................................................................................................13

Capítulo IV........................................................................................................................................15

4. Establecer y formular posibles soluciones................................................................................16

4.1. Transportadores o elevadores de cangilones.......................................................................16

4.1.1. Ventajas............................................................................................................................16

4.1.2. Desventajas......................................................................................................................16

4.2. Husillo transportador...........................................................................................................17

4.2.1. Ventajas............................................................................................................................17

4.2.2. Desventajas......................................................................................................................17

4.3. Cintas transportadoras.........................................................................................................18

4.3.1. Ventajas:...........................................................................................................................18

4.3.2. Desventajas......................................................................................................................18

4.4. Transportadores Neumáticos...............................................................................................19

4.4.1. Ventajas:...........................................................................................................................19

4.4.2. Desventajas:.....................................................................................................................19

4.5. Transportadores de arrastre................................................................................................20

4.5.1. Ventajas:................................................................................................................................20

4.6. Maquina retro excavadora...................................................................................................20

4.6.1. Ventajas:...........................................................................................................................21

4.6.2. Desventajas:.....................................................................................................................21

Capítulo V.........................................................................................................................................22

5. Alternativa de solución.............................................................................................................23

5.1. Clasificación..........................................................................................................................23

5.2. Elementos de la cinta transportadora..................................................................................23

Capítulo VI........................................................................................................................................26

6. Planificación del desarrollo del proyecto, con asignación clara de las responsabilidades de cada uno de los integrantes del grupo.............................................................................................27

6.1. Carta Gant............................................................................................................................27

7. Bibliografía...............................................................................................................................28

Índice de Ilustraciones.

Ilustración 1. Detalle del Nervio y Angulo de inclinación................................................................12

Ilustración 2. Sistema de transporte Wood chips.............................................................................13

Ilustración 3. Elevador de cangilones vertical..................................................................................16

Ilustración 4. Husillo transportador..................................................................................................17

Ilustración 5. Cinta transportadora..................................................................................................18

Ilustración 6. Transportadores Neumáticos.....................................................................................19

Ilustración 7. Transportador de arrastre..........................................................................................20

Ilustración 8. Elementos cinta transportadora.................................................................................24

Capítulo I

1. Problema a resolver.

El resolver un problema implica realizar tareas que demandan procesos de razonamientos de algún

nivel considerado (bajo, medio o alto) y no simplemente una actividad asociativa y rutinaria. El

problema a resolver que nos emboca como equipo es el transporte de pequeños trozos de madera

conocido generalmente como “chips” desde un punto especifico hacia el siguiente proceso de

producción. Las dificultades para enfrentar dicho problema se enfocan al planificar, diseñar y

controlar el tipo de máquina que realizaremos, para esto se considerarán diferentes aspectos, ya

sean en un margen del área económica, técnica y visual.

1.1. Alcances.

Ahorro de tiempos muertos.

Costos operacionales bajos.

Seguridad.

Proceso eficiente y eficaz.

Aumento en la producción.

1.2. Eventuales restricciones.

Chips mal dimensionados.

Situaciones climatológicas.

Reparaciones en la maquina.

Accidente del personal.

Capítulo II

2. Visualización y enumeración de los conocimientos que estima necesarios para alcanzar la solución al problema.

Al empezar la elaboración de este proyecto se debe realizar un análisis de los conocimientos

necesarios para llevar a cabo el diseño, los cuales en este caso consisten en los conocimientos

adquiridos en cursos anteriores, tales como:

La realización de cálculos, aplicando los conocimientos matemáticos obtenidos en el transcurso de

la carrera.

Elaboración de proyectos, conocimientos adquiridos en proyecto interdisciplinario

Elección y diseño de la estructura y sus componentes aplicando conocimientos de estática,

dinámica, resistencia de materiales y elementos de máquina.

El cálculo de la potencia y rendimientos de los motores a utilizar, aplicando el conocimiento en

elementos de máquina y electromecánica.

Realizar una evaluación económica del proyecto, conocimientos adquiridos en ingeniería

económica y evaluación de proyectos.

2.1. Módulos cursados y que serán aplicados en este proyecto serian.

Matemática I, II, III.

Ecuaciones diferenciales.

Dibujo de ingeniería y dibujo asistido por computador.

Procesos de fabricación.

Estática.

Física I, II.

Resistencia de materiales.

Electrotecnia y electromecánica.

Dinámica.

Proyecto interdisciplinario.

Ingles I, II.

Ingeniería económica.

Maquina hidráulicas.

Sistemas hidráulicos y neumáticos.

2.2. Módulos necesarios que aún no se han cursado.

Diseño mecánico.

Automatización industrial.

Transferencia de calor.

Maquinas térmicas (Termotecnia).

Elementos de máquina.

Mantención industrial.

Montaje industrial.

Ingeniería ambiental.

Prevención de riesgos y salud ocupacional.

Capítulo III

3. Base teórica.

A modo general, para la realización de un buen proyecto, debe haber conocimiento que de

sustento respecto a este. Es por eso que se hace necesario averiguar la mayor cantidad de

información posible para que las soluciones sean lo más acotadas al problema; esto permite un

trabajo más fluido y una economía de tiempo en la evaluación del proyecto.

La problemática planteada, en términos generales, es cargar una tolva con chips de madera para

alimentar una caldera. Los datos conocidos son:

Altura donde se encuentra el ingreso a la tolva (3,2 m)

Caudal de alimentación (100 m3/hr)

Nivel de donde se proporcionará material al sistema de transporte

Condiciones de operación referidas a los tiempos de funcionamiento (16 hrs de Lunes a Viernes,

Sábado 8 hrs)

En función de estos datos es que se deben establecer soluciones. Como la altura de ingreso a la

tolva es conocida, se deja a libre elección las dimensiones horizontales que tendrá el sistema de

transporte de chip. Por ejemplo, si la decisión fuese escoger un sistema de alimentación mediante

correas transportadoras, existe una amplia gama de soluciones para escoger y que dependen de

las características del lugar donde se montará la cinta. Existen correas que son capaces de

transportar materiales con inclinaciones de, incluso, hasta 90º y, permitiendo alcanzar alturas

elevadas con dimensiones reducidas.

Según el tipo de material y el grado de inclinación de la correa, tienen nervios que permiten el

arrastre del material y que este no resbale.

Ilustración 1. Detalle del Nervio y Angulo de inclinación.

Debido a que son sistemas utilizados en la mayoría de las industrias, la oferta es amplia. Existe

software en línea para la determinación de las potencias de motores de accionamiento, tamaño de

polines, tipo de correa, etc.

Debido a que el material a ser transportado es madera, los materiales y equipos deben ser

capaces de resistir, por ejemplo, las sustancias que esta bota. Como la madera molida tiende a ser

pegajosa debido a la sabia, los sistemas irán acumulando restos de chip, polvo, etc. en la línea de

transporte que afectarán el normal funcionamiento. Remitiendo nuevamente al sistema de

transporte por correas, existen variedades que contemplan el transporte de materiales que resisten

aceites vegetales y resinas. Por citar un ejemplo del fabricante Kauman:

“Utilizamos tejidos de Poliéster-Nylon “EP”, para la construcción de este tipo de bandas, en

diferente número de lonas dependiendo de la tensión necesaria en la instalación. Se fabrican con

goma especial anti aceite, el lado inferior puede ser en tejido para deslizamiento o con un caucho

especial de color gris de bajo coeficiente de fricción de 1 mm. del espesor, este tipo de compuesto

ha sido diseñado para facilitar el deslizamiento de la banda sobre mesa y sirve de protección del

tejido inferior evitando su desgaste. Se fabrican hasta 2.000 mm. de ancho, con cantos cortados en

caso de bandas deslizantes. Las bandas con cobertura inferior pueden ser en cantos sellados o

cortados, según necesidad del cliente. Para manejo de chips de madera en pendientes

recomendamos la utilización de la banda multi-nervada, fabricada en calidad “G” medianamente

anti aceite. Esta banda se fabrica en un ancho de 1.800 mm., ya sea con cobertura inferior negra o

gris deslizante o con las telas a la vista”

Ilustración 2. Sistema de transporte Wood chips

Para dar solución al caudal de alimentación, la solución girará en torno al nivel de automatización

con el que se quiera evaluar el proyecto. Dentro de la gama de posibilidades, se cuanta incluso con

la de mantener un operario que este pala en mano cargando el chip en el sistema de transporte. Es

una solución económica, pero no las más apropiada si se requiere de innovación en el proceso.

Tener un cargador frontal que proporcione el combustible a la caldera es factible pero no tan

económico, pues aparte de contar con la máquina se debe pagar también por el conductor.

También existe la posibilidad, en caso de que el chip se fabricase en el lugar, de contar con un

chipeador que este moliendo la madera en tiempo real y que accione el sistema de transporte

solamente cuando haya molienda.

Las normas de confección del sistema de transporte estarán dadas solamente por las capacidades

estructurales que tendrá la estructura soportante, pues no existe una normativa asociada a la

construcción de un alimentador como el solicitado. Los materiales escogidos darán la pauta de

cuáles serán los esfuerzos máximos y como se harán los procesos de unión de la estructura.

3.1. Normas de dibujo.

Respecto de los planos de ingeniería que se efectuarán para el diseño de un sistema de transporte

de material, se regirán bajo las normas establecidas en el Instituto Nacional de Normalización INN,

con referencia a la norma NCh1193-ISO 128, siendo algunas de estas:

NCh13-ISO 5457

Dibujos Técnicos- Formatos y elementos gráficos de las hojas de dibujo.

NCh14-ISO 7200

Dibujos Técnicos- Cuadros de rotulación.

NCh15-ISO 3098/1

Dibujos Técnicos-Escritura-Caracteres corrientes.

NCh16-ISO 129

Dibujos Técnicos-Dimensionamiento-Principios generales, definiciones, métodos de ejecución e

indicadores especiales.

NCh17-ISO 6443

Dibujos Técnicos-Referencia de elementos.

NCh18-ISO 7573

Dibujos Técnicos-Lista de elementos.

NCh1188-ISO 1302

Dibujos Técnicos-Acabado superficial-Indicación en los dibujos.

NCh1193-ISO 128

Dibujos técnicos-Principios generales de representación.

NCh1253-ISO 406

Dibujos técnicos-Tolerancias dimensiones lineales y angulares-Indicación en los dibujos.

NCh1471-ISO 5455 Dibujos Técnicos-Escalas.

Capítulo IV

4. Establecer y formular posibles soluciones.

4.1. Transportadores o elevadores de cangilones.

Son utilizados principalmente para el sistema de transporte vertical de materiales a granel, secos, húmedos e incluso líquidos. Están diseñados para que los cangilones recojan la carga en el punto inferior para elevarla y descargarla en un punto superior, su funcionamiento se basa en un sistema propulsor el cual mediante la intervención de una tambora motriz proporciona movimiento al mismo.

4.1.1.Ventajas

• Diferentes tipos de carga.

• Diferentes tipos de descarga.

• Tiene la facilidad de ser realizados con ángulos de transporte.

• Bajos niveles de ruido.

• Pueden ser desarrollados para recorrer distancias grandes, hasta 30 metros.

4.1.2.Desventajas

• Por su producción para el transporte de granos, son sensibles a sobre cargas en cangilones.

Ilustración 3. Elevador de cangilones vertical.

4.2. Husillo transportador

Es utilizado para el transporte de virutas a una baja velocidad, posee un motor que está formado por un reductor quien es el encargado de suministrar el movimiento al tornillo sin fin. El diseño del tornillo está determinado por las necesidades de transporte que se tengan, lo cual puede variar su longitud, la cantidad de apoyos que este tenga, el ángulo de inclinación, entre otros factores.

4.2.1.Ventajas

• Son compactos.

• Diseño modular: fácil instalación.

• Soportan altas temperaturas.

• Varias zonas de carga y descarga.

• El tubo cerrado evita la contaminación

4.2.2.Desventajas

• No se pueden transportar materiales frágiles, delicados o abrasivos.

• Al quedar resto de materiales transportados con anterioridad existen riesgos de contaminación.

• Bajo volumen de material debido a las características del transportador.}

• Poco control del proceso.

Ilustración 4. Husillo transportador

4.3. Cintas transportadoras.

Son sistemas de transmisión continuo, poseen un motor el cual es el encargado de generar el movimiento de los rodillos quienes por fricción generan un arrastre a dicha cinta. La cinta puede ser diseñada de varios materiales, por lo general se realizan de caucho reforzado.

4.3.1.Ventajas:

• Bajo costo de mantención y operación

• La capacidad de transporte de una cinta es independiente a la distancia

• Baja emisión de ruidos

• Mayor control y supervisión del proceso de traslado

4.3.2.Desventajas

• Exige mayor inversión inicial.

• Poca versatilidad para aumentar o modificar la producción.

Ilustración 5. Cinta transportadora

4.4. Transportadores Neumáticos.Su funcionamiento se basa en el traslado de materiales sólidos por medio de un flujo de gas a presión, dicho traslado puede ser en ambos sentidos, además el traslado puede ser en forma vertical como horizontal.

4.4.1.Ventajas:• Seguridad de funcionamiento.

• El diseño permite sobrecargas sin peligro de quemar el motor.

• Flexibilidad de montaje.

• La corriente de aire limpia y refrigera el material transportado.

• Al ser un sistema cerrado evita la contaminación del material.

• Permite transportar partículas finas en el rango de los micrones hasta partículas de 20 mm.

4.4.2.Desventajas:

• No se pueden utilizar para transportar materiales granulados mayores de 20 mm o en bultos.

• No se pueden transportar materiales pegajosos ya que se adhieren a las tuberías provocando atascamiento en el sistema.

Ilustración 6. Transportadores Neumáticos

4.5. Transportadores de arrastre.

Su funcionamiento consiste en una cadena sin fin con arrastradores los cuales son los encargados de transportar el material, el diseño del transportador de arrastre puede ser variado con sentido horizontal, ascendente o vertical. También puede cambiarse el recorrido.

4.5.1. Ventajas:

• Bajo consumo energético• Varios puntos de carga y varios puntos de descarga• Simplicidad mecánica• No se precisan filtros de aire.

Ilustración 7. Transportador de arrastre.

4.6. Maquina retro excavadora.

Aunque no es la manera más expedita de transportar el material aun así cumple con la necesidad llevar nuestro wood chips hacia la zona de descarga. Su funcionamiento es mediante la pala quien será la encargada de realizar el traslado desde diferentes puntos de carga hasta el punto de descarga determinado.

4.6.1.Ventajas:

• Se adapta a cualquier terreno.• Tiene una larga vida útil.• Puede cargar grandes cantidades de material.

4.6.2.Desventajas:

• Alto costo de la máquina.• Necesita un operario capacitado para operar la maquina.• Existencia de material externo.

Capítulo V

5. Alternativa de solución.

“Las primeras referencias o sistema pionero corresponden a Olivers Evans (1975) que utiliza una banda continua de cuero unidos a dos tambores, posteriormente, Lopatine (1860) utiliza un sistema de transporte con banda sin fin, tambores de accionamientos, de reenvíos, transmisiones, bastidores y rodillos, pero utiliza una banda de madera unida con tela que es su punto débil. En 1885, Robins, utiliza un alimentador en forma de alteza, y con una banda de urdimbre recubierta de goma”.

La cinta transportadora consiste en una banda continua que se desliza sobre rodillos giratorios que están soportados por un bastidor resistente. El accionamiento se realiza por fricción entre los tambores y la banda transportadora.

5.1. Clasificación.

Por su capacidad de desplazamiento puede ser:

Fijas: son las de uso generalizado en las plantas de tratamiento. Semi-moviles: permite desplazamiento frecuente mediante equipos auxiliares. Móviles: disponen de una estructura metálica sobre transportadores de oruga que le dan al

conjunto una gran movilidad.

5.2. Elementos de la cinta transportadora.

1. Bastidor2. Tambores motrices.3. Tambores de reenvió.4. Tambores de tensado.5. Tambores de tensado.6. Tambor guía.7. Dispositivo de tensado de banda8. Rodillo del ramal superior o de transporte.9. Rodillo del ramal inferior, o de retorno de banda.10. Rodillo de impacto.11. Banda de transporte.12. Grupo motriz.13. Tolva de carga.

14. Guiaderas para el centrado de la carga.15. Estrelladero, elemento de descarga.16. Elementos de limpieza de cinta, zona de cabeza.17. Elementos de limpieza, zona de cola.18. Carenados, sistemas de protección anti-polvo y ruido. Si cubre toda la cinta anticaída

(función de seguridad y de acondicionamiento del espacio).

Ilustración 8. Elementos cinta transportadora.

La elección se encierra en el marco de la cantidad de información disponible para la

construcción del sistema de transporte. En los catálogos disponibles en internet la información es

muy variada y la elección de nuestro sistema de transporte radica, solamente, en las capacidades

de procesamiento de la información que nosotros como equipo tenemos.

Los equipos de transporte de material que funcionan en base a cintas trasportadoras

cuentan con una amplia gama de productos diseñados para dar infinidad de soluciones. Solamente

hablando de la cinta, existen empresas tales como KAUMAN, SAVA, DUNLOP o PIRELLI que

cuentan con diseños de cintas aptas para trabajar con madera y con material chipeado. KAUMAN,

por ejemplo, cuenta con bandas para el transporte de astillas o chips, resistentes a aceites

vegetales y resinas. Algunas características son:

Se construyen con tejidos de Poliéster-Nylon “EP”, para la construcción de este tipo de

bandas, en diferente número de lonas dependiendo de la tensión necesaria en la

instalación.

Se fabrican con goma especial antiaceite, el lado inferior puede ser en tejido para

deslizamiento o con un caucho especial de color gris de bajo coeficiente de fricción de 1

mm. de espesor, este tipo de compuesto ha sido diseñado para facilitar el deslizamiento de

la banda sobre mesa y sirve de protección del tejido inferior evitando su desgaste.

Se fabrican hasta 2.000 mm. de ancho, con cantos cortados en caso de bandas

deslizantes. Las bandas con cobertura inferior pueden ser en cantos sellados o cortados,

según necesidad del cliente.

Ellos mismos recomiendan, además de las características mencionadas en los puntos

anteriores, bandas con nervios que permiten la retención del material y así evitar que este deslice

por la banda cuando la inclinación supera los 45º.

Ital-Chile propone que en la construcción de la correa se utilicen tres tipos de ángulos de

inclinación: 20, 30 y 45º. Considerando dichos ángulos, se puede hacer una estimación sobre el

largo que tendrá la cinta.

ángulo de Inclinación (º) Altura (m) Largo Cinta (m)20 2,7 9,430 2,7 6,445 2,7 4,6

Haciendo pequeños cálculos y considerando que la densidad del chip es de 320,3 kg/m3, se puede

tener un estimativo de cuanto material debe cargarse en la caldera:

Flujo=100 m3

h∗1 h3600 s

320,3 kgm3 ≈8,897

kgs

Dado que el flujo de alimentación es bastante alto, creemos que no es una tarea desarrollable de

forma manual.

Capítulo VI

Peso específico del material 20-30 (lb/pie3). Consideramos el caso más extremo, por lo

que se utiliza 30 (lb/pie3) atendiendo a que esto contribuirá a un mayor peso durante el trabajo de

la cinta. La cantidad de material por hora de trabajo son 100 m3. Para conocer la cantidad de

toneladas por hora se transforma la densidad del sistema inglés al sistema internacional.

30

lbpie3

∗0,4535624 kg

1lb∗1 pie3

(0,3048)3m3 ≈481[ kgm3 ]Entonces si este valor es multiplicado por el flujo de madera de alimentación se puede

obtener la cantidad de toneladas por hora.

Caudalde madera=481[ kgm3 ]∗100 [m3hr ]∗10−3 ton1kg

=48,1[ tonhr ]Entrando en la TABLA 1, se detecta que solo existe el valor para 48 (ton/h). En estos casos

siempre es recomendable aproximar al valor siguiente por lo que el caudal de madera según el

registro de tabla será de 54 (ton/h).

Tabla 1-Capacidad de la banda transportadora

Al seguir dentro de la tabla se puede escoger entre los diferentes anchos de correas y sus

respectivas velocidades de transporte.

Ancho de Correa

(pulg)

Velocidad Correa

(pie/min)

18 360

20 280

24 190

26 158

30 120

36 80

Tabla 2-Determinación de la velocidad de transporte

Se considera a la madera como un material abrasivo, por lo que según la TABLA 3 las

velocidades máximas recomendadas son:

Ancho de Correa

(pulg)

Velocidad Correa-Materiales

abrasivos (pie/min)

18 300

20 300

24 350

26 350

30 350

36 400

Tabla 3-Velocidades máximas recomendadas según el tipo de material

Inmediatamente se descarta el ancho de 18 pulgadas, pues su velocidad de correa es 360

(pie/min) mientras que la recomendada es de 300 (pie/min). Se considera de forma arbitraria un

ancho de correa de 20 pulgadas con 280 (pie/min).

La clasificación de polines, según la serie CEMA, será del tipo B o C.

Series CEMA Polín

(pulg)

Diámetro del eje

(pulg)

Tipo de trabajo

B 4 y 5 Hasta 3/4 Liviano-mediano

C 4 y 5 Hasta 3/4 mediano

Tabla 4-Calsificaión de polines, según la serie CEMA

Al igual que en el párrafo anterior, se considera de forma arbitraria una serie del tipo B

atendiendo a las características de la carga; el chip no posee un gran peso y su tamaño es

diminuto.

La longitud efectiva del sistema se obtiene considerando datos como la inclinación y la

altura de la zona de descarga.

Ital-Chile propone que en la construcción de la correa se utilicen tres tipos de ángulos de

inclinación: 20, 30 y 45º. Considerando dichos ángulos, se puede hacer una estimación sobre el

largo que tendrá la cinta.

Ángulo de Inclinación (º) Altura (m) Largo Cinta (m)

20 3,2 9,4

30 3,2 6,4

45 3,2 4,6

Tabla 5-Comparación de alturas según ángulos de inclinación

La altura de entrada a la caldera es de 3,2 m. Para lograr que el material entre sin problemas dentro de la cavidad de alimentación se dejará un tanto más larga la cinta.

Para el estudio se considera un largo de cinta de 9,4m más 0,6 m para asegurar una buena

alimentación. Por ello el largo total será de 10 m y los cálculos deben ser efectuados en pies por lo

que son 33 pies.

Es necesario también determinar un coeficiente de fricción para los polines. Es necesario

elegir un diámetro de los polines. En este caso se considera un polín de 5 pulgadas. Como la

longitud de la correa es menor a 500 pies, entonces este coeficiente de fricción se asume como

F=0,036.

Se diseñará este sistema de transporte con un reductor. Este tipo de máquinas ofrecen una

eficiencia del 95%.

La tabla 6 permite hacer una estimación del peso aproximado de los polines de ida y de

retorno. Para esto se considera el ancho de 20 pulgadas de la correa y un tipo de trabajo liviano

donde el material no supera los 50 (lb/pie3).

Ancho de Correa 20 pulg

Polines de ida 13 lb

Polines de retorno 9,5 lb

Tabla 6-Pesos aproximados de los polines de ida y retorno

La tabla 7 da a conocer la separación máxima de los rodillos. Nuevamente el ancho de la

correa y el peso específico del material brindan la guía para encontrar la longitud.

Rodillo de ida (pies) Rodillo de retorno (pies)

Peso específico 25-75 (lb/pie3)

Ancho de correa (pulg)

20 5,5 10

Tabla 7-Separación máxima de rodillos

El peso aproximado para la correa que permite determinar el factor G con un ancho de 20

pulgadas y sabiendo que el transporte de chips de madera es un trabajo liviano es 2,43 (lb/pie).

Como este sistema de transporte no contará con tripper, el factor M será 0.

Para encontrar el factor P, se entra en la tabla con la longitud en pies de la correa

transportadora y el valor de 20 grados que es el ángulo de inclinación utilizado. Como son 10

metros o 33 pies y dicho valor no aparece en tabla para un ángulo de inclinación de va desde los

16 a 20 grados, y no se conoce si los valores intermedios aceptan una interpolación del tipo lineal,

se opta por dejar el valor para una correa de 50 pies que es de 0,065.

Cantidad de rodillos necesarios en función de la distancia efectiva

Los polines de impacto que aparecen en la fórmula permiten absorber los golpes que

sufren las cintas cuando el material es arrojado de altura. Considerando ese alcance, se decide

colocar 3 polines de impacto separados por una distancia de 1 pie. Estos son ubicados al comienzo

de la cinta en la zona de carga. Este criterio es adoptado debido a una recomendación de PPI:

“A pesar de que el espacio entre las estaciones de polines puede variar, dependiendo de los requisitos individuales, muchos sistemas transportadores utilizan 4 pies de espacio entre las estaciones de polines de carga, 1 pie para las estaciones de impacto y 8 o 10 pies para las estaciones de retorno”

Entonces, la distancia alcanzada por estos rodillos es de 3 pies. El resto será contemplado

por los rodillos de ida: 30 pies.

Cantidad derodillos de ida= 30 pies

5,5 piesrodillo

=5,45≈5 rodillos

Cantidad derodillos deretorno= 33 pies

10 piesrodillo

=3,3≈4 rodillos

En función de estos datos, es posible re-calcular el factor G sobre el peso de la correa. La

fórmula a utilizar es:

G=[ (n+i )∗Wi+n'∗Wr ]

L+Wc∗2

Resumiendo los datos en una tabla se tiene:

n 5

i 3

Wi (lb) 13

n’ 4

Wr (lb) 9,5

Wc (lb/pies) 2,43

L (pies) 33

Tabla 8-Resumen de coeficientes para el valor G

Reemplazando,

G= [ (5+3 )∗13+4∗9,5 ]33

+2,43∗2=9,16

La potencia del motor entonces requiere de los coeficientes y valores tomados para el

proyecto.

Se tiene que la potencia del motor da en HP viene dada por la expresión:

N=[G∗F∗S∗L33000

+ L∗F∗C884

+H∗C884 ]∗(1+M )∗(1+P )∗1

η

Donde:

N: potencia HP

G: peso total de la correa y partes móviles (lb/pie)

F: coeficiente de fricción en los rodillos

S: velocidad de la correa (pies/min)

L: longitud efectiva del transporte (pies)

C: capacidad máxima (ton/h)

M: factor de pérdidas de fricción del tripper.

P: factor de pérdida en otras poleas y rodillos

rendimiento de la transmisión

H: altura de descarga

Resumiendo los valores:

G 9,16

F 0,036

S (pies/min) 280

L (pies) 33

C (ton/h) 54

M 0

P 0,065

95

H (pies) 12

Tabla 9-Resumen de coeficientes para el cálculo de la potencia del motor

N=[ 9,16∗0,036∗280∗3333000

+ 33∗0,036∗54884

+ 12∗54884 ]∗(1+0 )∗(1+0,065 )∗1

0,95

N ≈1,01HPComercialmente no se construyen motores de 1,01 HP por lo que este debe dimensionarse

de acuerdo a lo que dispone el mercado. Del catálogo Siemens se tiene:

Tabla 10-Tabla de selección del motor

La velocidad del motor escogida es de 1200 RPM. La polea para este tipo de motor no

puede superar los 400 mm de diámetro, según consta en la tabla 11. El diámetro utilizado por tanto

será de 200 mm.

Tabla 11-Diámetro máximo de poleas según velocidad del motor

Luego el motor será un SIMOTICS de uso general de carcasa en fundición gris con rotor de

aluminio.

El ángulo de abrazamiento es un dato y corresponde a α=210 º ó 7/6π radianes como

consta en el catálogo PIRELLI (tabla 12).

Tabla 12-Ángulo de abrazamiento

El coeficiente de fricción entre la correa y el tambor varía entre μ=0,35 y 0,4 según norma

DIN 22101. En base a esto, considerando un valor de μ de 0,4, se determina:

Tensión efectiva en la correa:

Te=N∗η∗33000S

=1,5∗0,95∗33000280

=168 lb

Tensión en el lado de la carga:

T 1= Te∗1

[1− 1eμα ]

= 168∗1

[1− 1

e0,4∗76 ∗π ]

=218,4 lb

Tensión en el lado flojo:

T 2= Te∗1[ eμα−1 ]

= 168∗1

[e 0,4∗76 ∗π−1]

=50,4 lb

Tensión de inclinación:

Ts=Wc∗H=2,43∗12=29,16 lb

Determinación del tambor motriz

Según la norma DIN 22101, el diámetro de los tambores es:

Tabla 13-Diámetro de los tambores (mm), según DIN 22101

Se tomará un diámetro del tambor de 320 mm.

Determinación de la velocidad de giro del tambor motriz

Con el diámetro de 320 mm y sabiendo que la velocidad de la correa es de 280 pies/min,

se obtiene la velocidad de giro del tambor.

ω=0,3048∗sπ∗d

=0,3048∗280π∗0,32

≈85 RPM

(El resultado anterior ya está afecto a las transformaciones de revoluciones por segundo a RPM)

Reductor

Del catálogo DODGE de reductores, se parte con la selección del tipo de trabajo para lo

cual será sometido el reductor. En este caso es para trabajar con madera durante 16 hrs al día, en

horario continuado. Por ello el reductor es de clase II. De acuerdo a esto y sabiendo que la

velocidad de giro del tambor motriz es de 85 RPM el reductor

Tabla 14-Selección del reductor.

Se trabajará con un reductor TA0107L09 con una polea de diámetro mínimo de 5,3 pulg. Este tipo de serie de reductores opera con una velocidad mínima tal como aparece en la tabla 13

Tabla 15-Velocidades mínimas de entrada al reductor

Por tanto la polea debe tener un diámetro más grande para que el reductor sea capaz de

entrar con 875 RPM. Dicho cálculo se realiza en la selección de la correa.

La posición de instalación debe ser la mostrada en la figura:

Ilustración 1-Posiciones de instalación del Reductor

Tabla 16-Dimensiones de instalación del reductor

Dicho reductor tiene un peso de 56,6 lb ó 25,67 kg

Cálculo de correas

Para calcular las correas es necesario tener un factor corrección de potencia “cd”. Según el

catálogo de Dunlop de correas de transmisión industrial, este factor se encuentra en tabla 17.

Tabla 17-Coeficiente de corrección de la potencia

El motor es de corriente alterna y es utilizado en cintas transportadoras con un servicio de

16 horas continuas de lunes a viernes. Por ello el factor de corrección considerado será de 1,3.

Entonces la potencia de diseño es:

Pdise ño=cd∗Pmotor→Pdise ño=1,3∗1,5=1,95HP

Para efectuar la selección de la correa se utiliza la potencia de diseño calculada

anteriormente y la velocidad de giro de la polea menor (1200 RPM). En función de ello se ingresa a

la tabla 18.

Tabla 18 - Criterio de selección del tipo de correa

El tipo de correa es del tipo A.

La relación transmisión se obtiene mediante la siguiente ecuación, donde “n” es la

velocidad de giro de la polea reductor y “N” es la velocidad de giro del motor:

K= Nn→K=1200

875=1,371

Conociendo el diámetro primitivo de la polea menor “d” (el escogido es de 200 mm) se

obtiene el diámetro primitivo de la polea mayor con la fórmula siguiente:

D=K∗d→D=1,371∗200≈275mm

Se corrobora además que el tipo de correa A acepte a una polea de 200 mm (polea

menor). Para ello se entra en la tabla 19. Los dos puntos significan que este diámetro está

especialmente recomendado para una correa tipo A.

Tabla 19-diámetro primitivo de poleas

Como la distancia entre ejes no se ha establecido, se tomará como referencia un valor

I=450mm. Para ver si la estimación es correcta, entonces la longitud se somete a corroboración

mediante la siguiente relación:

I ≥ (i+1 )∗d2

+d→450≥ (1,3+1 )∗2002

+200=430mm

Como 450>430 mm, entonces se asume la distancia entre ejes como correcta.

La longitud primitiva de la correa se calcula mediante la ecuación:

L=2∗I+1,57∗(D+d )+ (D−d )2

4∗I→L=2∗450+1,57∗(200+275 )+ (275−200 )2

4∗450

L=1649mm

Ingresando a la Tabla Nº 20 y se tiene que la correa es del tipo “A” Nº 64:

Tabla 20-Longitud primitiva nominal

Ahora bien, efectivamente no se presentara este largo de correa debido a la frecuencia con

que se flexiona, para ello se determina un factor de corrección de Longitud Fcl. En la Tabla N° 21,

Fcl=0,98.

Tabla 21-Factor de corrección “Fcl” en función de la longitud de la correa

El arco de contacto de la correa sobre la polea menor se determina por:

α=180 °− 57∗(D−d )I

→α=180 °−57∗(275−200 )450

=170,5 °

El factor de corrección para este arco Fc según Tabla N° 22, es Fc=0,98.

Tabla 22-Factor de corrección según el arco de contacto

Para poder determinar la Potencia efectiva en la correa, falta determinar la prestación de la

correa en HP. Como el diámetro primitivo no se encuentra para una velocidad de 1800 RPM, se

opta por trabajar con el factor mas grande que aparece para una polea de 127 mm. La relación de

transmisión es mayor a 2 en este caso. Reemplazando en la relación:

Pbk=Pb+Potencia Adicional (i )→Pbk=2,32+0,16=2,48HP

Tabla 23-Prestación base en HP por correa tipo A

Este valor se reemplaza en la ecuación siguiente, obteniendo la Potencia efectiva:

Pe=Pbk∗F cl∗Fc→Pe=2,48∗0,98∗0,98=2,38HP

Finalmente, el número de correas se determina en base a la Potencia corregida y la Potencia

Efectiva, como sigue:

n°correas=1,952,38

=0,82≈1correa

Finalmente, se concluye que utilizaremos 1 correa, serie A N° 64 y el diámetro de polea conductora

es D= 275 mm.

Determinación del tipo de banda transportadora

Tabla 24-Selección de la banda transportadora en función del diámetro del tambor motriz

Se desprende de la tabla 24, que la banda debe tener dos lonas, pues el diámetro del

tambor motriz es de 320 mm. También existen dos posibles tipos de lona para la banda: las del tipo

EP-100 y las EP-125. La sigla EP indica que este tipo de carcasas son la fibra de poliéster (E), en

sentido longitudinal o urdimbre, y la fibra de poliamida o nylon (P), en sentido transversal o trama.

El número siguiente indica la resistencia de la carcasa en N/mm. En base a esto, se utilizará una

lona EP-125 ya que ofrece mayor resistencia.

Tabla 25-Anchos de bandas en mm

La norma ISO 1536 clasifica el ancho del tambor según el ancho de banda escogido.

Algunos valores referenciales se resumen a continuación:

Ancho de

banda

(mm)

400 500 650 800 1000 1200 1400 1600 1800 2200

Ancho de

tambor

(mm)

500 600 750 950 1150 1400 1600 1800 2000 2200

Tabla 26-Ancho de tambor en función del ancho de banda, según ISO 1536

El ancho de banda escogido en párrafos anteriores es de 20 pulgadas (≈500 mm).

Comprobando la información de lo que provee KAUMAN en la tabla 25 y contrastando con lo

normado por ISO en la tabla 26, se estipula que el ancho del tambor motriz será de 600 mm.

A partir de este punto, como ya se tiene una banda escogida, se puede reevaluar el peso

aproximado de la banda por cada metro de extensión de esta. KAUMAN propone la siguiente

ecuación para ello

P=B∗(1,5∗e+Pl∗z )

Donde:

P: peso de la banda por kg/m

B: ancho de la banda en metros

Pl: peso en kg por m2 de cada capa textil

e: espesor total de los recubrimientos en mm

z: número de capas textiles

Tabla 27-Valores de Pl según tipo de banda

Tabla 28-Espesores de recubrimiento

El primero corresponde a una banda de dos lonas. Aplicando la ecuación se tiene:

P=0,5∗(1,5∗2,1+1,4∗2 )=2,98 kgm

El peso de la banda por metro encontrado en el apartado anterior fue de 2,43 kg/m

mientras que este es de 2,98 kg/m. Reevaluando la potencia del motor:

G=[ (5+3 )∗13+4∗9,5 ]

33+2,98∗2=10,26

N=[ 10,26∗0,036∗280∗3333000

+ 33∗0,036∗54884

+ 12∗54884 ]∗(1+0 )∗(1+0,065 )∗1

0,95

N ≈1,02HP

Con esto, se mantiene las condiciones escogidas para el motor. Lo único que se ve sujeto

a modificaciones es la tensión de inclinación.

Ts=Wc∗H=2,98∗12=35,76 lb

Se debe conocer además la longitud de los rodillos de impacto, ida y retorno. Con un

ancho de banda de 500 mm se tiene que el rodillo de retorno será de 600 mm mientras que los

rodillos de impacto y de ida serán de 200 mm. Según la Norma DIN 22107, si el ancho de banda es

menor a 2000 mm, la separación “d” que aparece no podrá ser superior a 10 mm. Por ello se

trabajará bajo es criterio y se adoptará d=10 mm.

Tabla 29-Longitud de rodillos según ancho de banda

El ángulo de sobrecarga se escoge en función del tipo de material, tal como lo indica la

tabla 30. Se considera como criterio que el chip es un material irregular y fibroso, por lo que el

ángulo de sobrecarga α=30º.

Tabla 30-Ángulos de sobrecarga para distintos materiales

Según RIVET, y resumiendo lo anterior, los polines CEMA B tendrán las siguientes

características:

Polín de ida

Ilustración 2-Polín de ida

Tabla 31-Dimensiones del polín de ida

Polín de impacto

Ilustración 3-Polín de impacto

Tabla 32-Dimensiones del polín de impacto

Polín de retorno

Ilustración 4-Polín de retorno

Tabla 33-Dimensiones del polín de retorno

Para los tambores de cabeza y de cola, el proveedor ROTRANS los clasifica según el ancho

de banda que tenga la cinta. Para este caso se entra al catálogo con un ancho de banda de 500

mm. De lo anterior queda:

Ilustración 5-Tambor Cabeza

Tabla 34-Dimensiones del tambor cabeza

Ilustración 6-Tambor Cola

Tabla 35-Dimensiones Tambor Cola

Evaluación de las cargas involucradas mediante aproximaciones

Cantidad de chip en la cinta:

Se requiere el tiempo de traslado desde que el chip es cargado hasta que es vertido dentro de la tolva de alimentación.

t= Lv→t= 10,1m

1,42ms

=7,11 s

La cantidad de material transportado por segundo será:

48,1

tonh

∗1000 kg

1 ton∗1h

3600 s=13,36 kg

s

Esto multiplicado por el tiempo de recorrido permite conocer aproximadamente cuanto es la masa que hay presente en la banda transportadora.

m=13,36 kgs∗7,11s≈95kg dec h ip

Si se divide por el largo de transporte, se obtiene una carga distribuida CD1=9,4 Kg/m. este valor sumado al peso de la cinta (CD2=2,98 Kg/m), permite obtener un valor conjunto de distribución de carga.

CD=CD1+CD 2=12,38 kgm

o0,692 lbpulg

Del análisis de esfuerzos, se obtiene que el momento máximo se dará en los 16,5 pies y tendrá un valor de 613,57 lb-pie ó 83297 kgf-cm tal como lo muestra la ilustración 7. Sabiendo que el esfuerzo admisible, para un acero comercial de A37-24 ES ó A36, es de 1440 Kgf/cm2 se tiene que:

W=Mmá x

σ adm=832971440

=57,85 cm3

En función de este valor es posible seleccionar…

Ilustración 7-Diagrama de momento máximo

Determinación de perfil estructural a utilizar

A partir de los datos obtenidos de los distintos componentes, los cuales se montaran en la estructura principal de la cinta transportadora, se precede mediante desarrollo matemático, determinar el perfil a utilizar. Para la presente ocasión, se debe conocer los pesos de cada componente, descrito por medio de tabla:

Tabla n°8.- Pesos de componentes Principales

A través de programa MDSolid, se realizó los cálculos para determinar el MMaximo (momento máximo), el cual nos servirá introducirnos a las tablas de perfile existente en el mercado:

Por inspección visual, el momento máximo obtenido fue de MMaximo=2848,04 [N∗m ]

A través de la siguiente relación:

σ adm=Mmax

W

σ adm=1400[ Kgfcm2 ]≅ 137,2931∗106 [Pa ]

W=Mmax

σadm=

2848,04 [N∗m ]137,2931∗106 [Pa ]

=20744232m3

Posterior conversión a cm3, se detemina que el W=20,74cm3

Posibles elecciones:

Figura n°8.- tabla de perfil costanera

Figura n°9.- Tabla de perfil canal

Figura n°10.- Tabla de perfil rectangular

9. A continuación, se presenta el recuadro de costos para los componentes principales en la construcción de la estructura, los cuales fueron tabulados mediante software Microsoft Excel.

6. Planificación del desarrollo del proyecto, con asignación clara de las responsabilidades de cada uno de los integrantes del grupo.

6.1. Carta Gant.

7. Bibliografía

• http://www.scafco.com/upload/userfiles/Grain/Brochures/Material_Handling_Spanish.pdf • http://ocw.uc3m.es/ingenieria-mecanica/ingenieria-de-transportes/material-de-clase-1/

elevadores_cangilones.pdf• http://www.rudnick-enners.de/225.97.html?L=2

• http://www.aguamarket.com/productos/productos.asp? producto=15194&nombreproducto=cinta+transportadora

• http://imtindustrial.cl/web/productos_limpiezaindustrial/transportadores-neumaticos/

• http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/tecnologia-mineralurgica/materiales-de-clase- 1/12._cintas.pdf