Diseño y Cálculo de Transportador de tornillo sinfin horizontal

PROBLEMA DE APLICACIÓN

 Diseño de Transportador de tornillo sinfín horizontal

 Se desea transportar 517.65 pie³ /H de Maíz a medio moler en un transportador largo de 22.97’ conducido por un transportador de transmisión de reductor con polea de banda tipo V. Temperatura del material 28°, Temperatura del ambiente 28°. Configuración Horizontal. Tiempo de operación: 10 horas.

RESOLUCIÓN:

1.-Referido a la característica del material de la Tabla 1 APENDICE - A de maíz a medio moler se encuentra que:

W: 40-45 lb/pie³

Código del material (CEMA): B6-35P 

De acuerdo a al Tabla 2 en Características de Material a Granel

B6 = Fino, malla N° 6 (0.132”) y por debajo

3 = Fluidez promedio

5 = Abrasividad media

P = Propiedades (Contaminable- Afecta el uso)

Selección del rodamiento intermedio: L, S o B

Referido a la Tabla 13 de la selección de buje para colgante:

B: Bolas (Rodamientos)

L: Bronce

S: Bronce (Martin), Bronce Grafito, Bronce Impregnado en Aceite, Madera Impregnada en Aceite, Nylatron, Nylon, Teflón, UHMW, Mezanine (MCB)

Factor de material: Fm =0.5

Carga de la artesa: 30%A

Referido a la Tabla 7, Capacidades del transportador y se encuentra 30%A el cual muestra varias capacidades por RPM del tamaño estándar de Transportadores de Tornillo Sinfín y las máximas RPM’s para aquellas medidas.

2.- De la Tabla 7 Tabla de capacidad bajo 30%A se nota que un tornillo de 9” transportara 545 pie³/H a un máximo de 100 RPM, por lo tanto a 1 RPM un tornillo de 9” transportara 5.45 pie³. Para 517.65 pie³/H la capacidad a 5.45 pie³/H por RPM, el transportador deberá por lo tanto correr a 95 RPM (517.65*100/545).

3.- Con la información anterior y los factores de las Tablas 13, 14, 15, 16, 17 y fig. 3.1, referido a las formulas de potencia en HP se calcula el HP requerido para transportar 517.65 pie3/H por 22.97 pies en un transportador de 9”.

Usando los factores se encuentra:

L = 22.97’

N = 95 RPM

C = 517.65 pie3/H

W = 42.5 lb/pie3

Fd = 31, ver Tabla 14, para 9”

Fb = 2, ver Tabla 19 , para L

Ff = 1, ver Tabla 15, standar 30%

Fp = 1, ver Tabla 16 

et = 0.88 , ver Tabla 17

4.- Resolviendo la potencia en HP siguiendo las ecuaciones:

Encontrar el Fo de la fig. 3.1 

1.146 HP es requerido para transportar 517.65 pie³/H de maíz a medio moler en un transportador de 9” para 22.97’. Un motor de 1.5HP debería ser usado

Hallando el Torque

De la Tabla 18 se escoge el diámetro del eje de 1.5 pulg y diámetro de la tubería 2, en CEMA Std (995.13 < 3070)

SELECCIÓN DEL SINFIN

Usando la Tabla 19 y 3 se obtiene que:

• Tipo de volado : Estandar
• Código del Sinfín : 9S307
• Material del Sinfín : ASTM A36
• Φ interior del Volado : 2.38 pulg
• Φ exterior del Volado : 9 pulg
• Espesor interior del Volado : 12 calibre
• Espesor exterior del Volado : 12 calibre
• Especificación del tubo : Cedula 40
• Φ interior del tubo : 2 pulg
• Φ exterior del tubo : 2.375 pulg
• N° de perforaciones de acople x tramo : 2
• Pernos de acole entre tramo : ½ x 3 pulg
• Longitud de tramo estándar : 118 pulg
• N° de Tramos : 3
• Longitud del Tramo inicial : 118 pulg
• Longitud del Tramo final : 46.59 pulg
• Longitud Total del Sinfín : 282.59 pulg
• N° Total de Pernos de Acople : 12 A307 64 Grado 2
• Peso Total del Sinfín : 185.57 lb

SELECCIÓN DEL EJE MOTRIZ

De la Tabla 23 de Selección de Ejes:

• Tipo : Usado sin sello
• Codigo : 1CD 3BB
• Cantidad : 1
• Diámetro : 1.5 pulg
• Longitud : 11.5 pulg
• Material : AISI 1045
• N° de Perforaciones por Acople : 2
• Peso : 5.6 lb

SELECCIÓN DEL EJE TERMINAL

De la Tabla 28 de Selección de Eje Terminal:

• Tipo : Usado sin sello
• Codigo : CE 3BB
• Cantidad : 1
• Diámetro : 1.5 pulg
• Longitud : 8.25 pulg
• Material : AISI 1045
• N° de Perforaciones por Acople : 2
• Peso : 3.8 lb

SELECCIÓN DEL EJE DE ACOPLE

De la Tabla 26 de Selección de Eje de Acople:

• Tipo : Colgante
• Codigo : CCC3
• Cantidad : 2
• Diámetro : 1.5 pulg
• Longitud : 11.5 pulg
• Material : AISI 1045
• N° de Perforaciones por Acople : 2
• Peso : 11.2 lb

SELECCIÓN DE LA ARTESA

De la Tabla 31 de Selección de Artesas:

• Tipo de Artesa : Con doble doblez
• Código : TUDF914
• Material de Construcción : ASTM A36
• Espesor de la Artesa : 14 calibre
• Espesor de brida para Acople de tramos : 3/16 pulg
• N° de perforaciones de acople x brida : 8
• Pernos de ensamblaje entre tramos : 3/8 x 1 pulg A307- 64 Grado 2
• Longitud de tramo estándar : 120 pulg
• N° Total de bridas : 6
• Longitud del Tramo final : 48.64 pulg
• Longitud Total de la Artesa : 288.64 pulg
• N° Total de pernos de ensamblaje : 16
• Peso Total de la Artesa : 252.53 lb

SELECCIÓN DE LA CUBIERTA

De la Tabla 68 de Selección de Cubiertas:

• Tipo de Cubierta : A dos aguas
• Código : COV914 UHR
• Material de Construcción : ASTM A36
• Espesor de Cubierta : 14 calibre
• Longitud de tramo estándar : 120 pulg
• N° de Tramos Estandar : 2
• Longitud del Tramo final : 48.64 pulg
• Longitud Total de la Cubierta : 288.64 pulg
• Peso Total de la Cubierta : 105.83 lb

SELECCIÓN DE SOPORTES DE ARTESA

De la Tabla 71 de Selección de Soportes de Artesa:

• Tipo de Soporte de Artesa : Pie con brida
• Código : FT9
• Cantidad : 1
• Material de Construcción : ASTM A36
• Longitud de tramo estándar : 120 pulg
• Peso Total de los Soprtes : 3 lb

SELECCIÓN DE TAPA EXTREMO IZQUIERDO

De la Tabla 48 de Selección de Tapas

• Tipo : Con Pie
• Código : TEFO9112U
• Material de Construcción : ASTM A36
• Peso Total : 22.8 lb
• Pernos : 3/8 x 1 pulg A307-64 Grado 2
• N° de Pernos : 8
• Tipo de Rodamiento : Bolas
• Código de Rodamiento : 3BFB

SELECCIÓN DE TAPA EXTREMO DERECHO

De la Tabla 48 de Selección de Tapas

• Tipo : Con Pie
• Código : TEFO9112U
• Material de Construcción : ASTM A36
• Peso Total : 22.8 lb
• Pernos : 3/8 x 1 pulg A307-64 Grado 2
• N° de Pernos : 8
• Tipo de Rodamiento : Bolas
• Codigo de Rodamiento : 3BFB

SELECCIÓN DE COLGANTES

De la Tabla 76 de Selección de Colgantes

• Tipo : 226U
• Código : HGR9226U112
• Cantidad : 1
• Material de Construcción : ASTM A36
• Peso : 8 lb
• Pernos : 3/8 x 1 pulg A307-64 Grado 2
• N° de Pernos x Colgante : 4
• Tipo de Rodamiento : Buje
• Material de Rodamiento : Bronce

SELECCIÓN DE ENTRADA

De la Tabla 84 de Selección de Entradas

• Tipo : Fija
• Código : ISF9
• Cantidad : 1
• Material de Construcción : ASTM A36
• Peso : 6.8 lb

SELECCIÓN DE SALIDA

De la Tabla 86 de Selección de Salidas

• Tipo : Fija
• Código : DSP914UP
• Cantidad : 1
• Material de Construcción : ASTM A36
• Peso : 8 lb

Diseño de Transportador de tornillo sinfín con pendiente.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

FACTORES CONOCIDOS: 

Se necesita diseñar un transportador de tipo helicoidal (sinfín) para elevar la carga del secador hacia el molino

• A la salida del secador se tiene un flujo de Q1=217 Kg/h
• Densidad del producto (maíz) de 670 Kg/m³. 
• Transportador inclinado, altura H=1.1mt
• Longitud del sinfín=1.76mt 

Caudal real de transportación

Donde: 

Cf1:Factor de capacidad con paso especial 

Cf2:Factor de capacidad con helicoidal especial 

Cf3:Factor de capacidad con paletas mescladoras 

• Diámetro del sin fin: 4” 
• Capacidad a 1 RPM: 1,82 pie³/h 
• Capacidad a máx.. RPM: 114 pie³/h 
• Max Rev. recomendado: 184 RPM 

ELECCIÓN DE UN TRANSPORTADOR SEGÚN NORMA CEMA

Para posible deflexión del tubo sinfín por alta temperatura del producto o sobrepeso. Causando que las helicoides rocen la artesa y causen desgaste en ambas partes acortando la vida útil del sinfin. Para evitar esta deflexión se toman en cuenta dos precauciones: 

• Operar el transportador a la capacidad correcta. 
• Respetar las dimensiones del helicoidal establecidos por CEMA en la tabla. 

Asumiendo para el diseño 4H206

Obtenemos:

• Diámetro del acoplamiento: 1” 
• Diámetro del eje interior : 1-1/4” ; 
• Diámetro del eje exterior : 1-5/8” 
• Espesor del volado a la entrada :3/16”
• Espesor del volado a la salida: 3/32”

Hallando Velocidad del transportador

Para hallar la velocidad del transportador se tomará en cuenta la capacidad real (17,143 pie³/h) y la capacidad a 1 RPM (1,82 pie³/h) anteriormente calculadas.

Dilatación térmica

La expansión térmica longitudinal del tornillo sinfin puede ser un gran problema ya que por la temperatura del material a transportase y el peso del mismo causa deformaciones en el transportador.

Donde:

T1= es la temperatura a salida del secador, 60ºC 

T2= es la temperatura mínima del ambiente esperada, 25ºC 

Coeficiente de dilatación térmica para el acero Inoxidable (1,73 × 10⁻⁵ °C⁻¹) 

Como se ve el cambio de longitud por efecto de la temperatura es 0,00103 pies (1,03 mm) lo cual no representa un problema. 

Hallando Potencia del motor

Para el cálculo de transportadores helicoidales inclinados, primero se halla la potencia como si fuera horizontal: 

Potencia en vacio Hpf : 

Donde: 

fd: factor del diámetro sinfín =12

fb: factor de rodamiento intermedio =1

L: longitud del transportador: 1,71 m = 5,6 pies

N: velocidad del transportador: 9,419 RPM = 59,182 rad/min

Donde: 

ff: factor de helicoidal sinfín =1 

fp: factor de paletas del sinfin =1

L: longitud del transportador: 1,71 m = 5,6 pies

fm: factor del material =0.4 

W: peso específico del material, 670 kg/m³ = 41,771 lb/pie³ 

Qr: Capacidad real: 17,143 pie³/h 

Reemplazando:

Donde: 

H: altura, H: 3,6 pies 

W: peso específico del material, 670 kg/m³ = 41,771 lb/pie³ 

Qr: Capacidad real: 17,143 pie³/h 

Reemplazando: 

Hallando Potencia Total del motor

Donde:

Fo=2.9 : factor de sobrecarga

Hpextra=0.95Hp : se añade para evitar decrecimiento de la eficiencia por la agitación y vibración del material a transportarse 

et=0.95 : factor de eficiencia de la transmisión 

Reemplazando: 

De tabla CEMA

Diámetro eje de acoplamiento: 1½” Tubo: 2” cédula 40 

Eje: Cema Std.C-1018 

Pernos de sujeción: ½” A307-64 grado 2.

SELECCIÓN DE COMPONENTES

CANAL: 

Formado brida 

El ala superior está formado por la misma hoja que el comedero, resultando en una sección de la cubierta ligera, pero rígido. bridas finales son plantilla-con costura para una alineación perfecta con otras secciones 

CARGAS Y DESCARGAS

Estándar con deslice

La compuerta de descarga de piñón y cremallera con compuerta plana está diseñado para su uso con boquillas estándar. Se fija directamente en el caño bridas. La compuerta plana es actuado por uno o más piñones que engranan con bastidores atornillados a la parte inferior de diapositivas. 

CUBIERTAS 

Cubiertas planas

Cubiertas planas quedar al ras con el reborde superior de la vivienda. Pueden ser atornillados, la primavera sujeto o atado con abrazaderas de tornillo o de palanca. A pesar de cubiertas planas están destinados principalmente a aplicaciones de interior, también puede ser sellada para la operación de moderada a prueba de polvo. 

SELLO

Split prensaestopas: 

Esta unidad, diseñada para montaje interior, proporciona un sello eficaz por la compresión del empaque que está encerrado en una cápsula de división para facilitar el montaje y la sustitución del material de embalaje. la presión de embalaje se puede ajustar por medio de dos tuercas expuestos en la mitad superior de la cubierta de la junta.

COJINETE DE EMPUJE

Tipo E: 

Cojinetes de empuje final, diseñado para el empuje medio y cargas radiales, son eficientes, económicos y el más utilizado de todos los tipos de finales de empuje. 

Helicoide

Fuente : ING. Alfonso Caldas B. - UNAC
Revisado y publicado por : Maicol Marín Criollo