Universidad de Talca Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica
Proyecto Disciplinario
Diseño de tornillo transportador para abastecer una caldera de aserrín Informe #3 Profesor Guía: Leonardo Albornoz A.
Alumnos Grupo 7: Ignacio Acevedo M. Alejandro Catalán O. Gonzalo Molina C. Francisco Roa Z.
CURICÓ – CHILE 2012
Resumen Para el problema propuesto, se planteó como técnica de solución diseñar, calcular y seleccionar un “sectional flight screw conveyor double” para abarcar los 0.8 metros de la parrilla de la caldera. Tomando en cuenta las dimensiones de la entrada de la caldera, se calcularon las dimensiones del “U - trough double”. Así, los componentes del tornillo fueron seleccionados de “Link Belt® Catalog”, perteneciente a la empresa FMC Technologies. El diámetro de cada tornillo es de 12 pulgadas y el largo de éste es de 5 pies, que fueron los parámetros para seleccionar los demás componentes. El código del equipo es: 12S412-F. Utilizando este mismo catálogo, se determinaron las propiedades y características del material a transportar: aserrín. El código de material es 20D345VY, lo que indica que es un material granular, de fluidez lenta, ligeramente abrasivo, que tiende a aglomerarse y muy liviano. También se seleccionaron otros elementos y equipos, como motor eléctrico, rodamientos, sistema de transmisión, tolva de alimentación o chuta y la estructura soportante. Usando igualmente los catálogos correspondientes. Finalmente, si dibujaron los planos constructivos de cada componente, especificando sus dimensiones. Además de un plano general con la propuesta de solución. El peso estimado del “sectional flight screw conveyor double” es de 800 kg. Y el costo es de US$ 5,000, con un tiempo de entrega de 6 a 8 semanas, según FMC Technologies Chile Ltda.
Página | 2
Abstract For the proposed problem, it was proposed as a technique for solution design, calculate and select a sectional flight screw conveyor double to cover the 0.8 meters of the grid of the boiler. Taking into account the size of the entrance to the boiler, it were calculated the dimensions of the “U-double trough”. Thus, the screw components were selected from Link Belt Catalog, by FMC Technologies. The diameter of each screw conveyor is 12 inches, and the length is 5 feet, these were the parameters to select the other components. The conveyor screw number is: 12S412-F. Using this same catalog, were determinate the properties and characteristics of the conveyed material: wood chips, screened. The material code is 20D345VY, this indicate that it is a granular material, slow flow, slightly abrasive, which tends to agglomerate and it is very light. Also were selected others elements and equipment, such electric motor, bearing, transmission system, feed hopper or chute, and the supporting structure. Using also relevant catalogs. Finally was drawn the construction plans of each component, specifying dimensions. Besides a general plan with the proposed solution. The estimated weight of sectional flight screw conveyor double is 800 Kg. And the cost is U.S $5.000, with a delivery time of 6 to 8 weeks, according to FMC Technologies Chile Ltda.
Página | 3
Índice RESUMEN ________________________________________________________________________________ 2 ABSTRACT _______________________________________________________________________________ 3 ÍNDICE ___________________________________________________________________________________ 4 INTRODUCCIÓN __________________________________________________________________________ 6 1.
OBJETIVOS __________________________________________________________________________ 7 1.1. 1.2.
2.
OBJETIVO GENERAL_________________________________________________________________ 7 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ____________________________________________________________ 7
ANTECEDENTES _____________________________________________________________________ 8 2.1. 2.2.
SITUACIÓN PLANTEADA ______________________________________________________________ 8 CONDICIONES ESTABLECIDAS _________________________________________________________ 8
3.
DISEÑO CONCEPTUAL Y SOLUCIÓN TÉCNICA _______________________________________ 10
4.
MATERIAL A TRANSPORTAR ________________________________________________________ 11
5.
DISEÑO DEL TORNILLO TRANSPORTADOR __________________________________________ 13 5.1. CATÁLOGO UTILIZADO ______________________________________________________________ 5.2. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL ____________________________________________________ 5.3. CAPACIDAD DEL TORNILLO TRANSPORTADOR HORIZONTAL ________________________________ 5.4. GRUPO DE COMPONENTES __________________________________________________________ 5.4.1. Diámetro de acoplamiento, número de tornillo, ancho de canal y de tapa ___________ 5.4.2. Sectional Flight Conveyor Screw ______________________________________________ 5.5. DISEÑO DE LA TOLVA DE ALIMENTACIÓN _______________________________________________ 5.6. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA SOPORTANTE _____________________________________________
13 14 15 16 16 17 18 20
6.
COSTOS ____________________________________________________________________________ 27
7.
DISCUSIÓN Y ANÁLISIS _____________________________________________________________ 28
8.
CONCLUSIONES ____________________________________________________________________ 29
9.
BIBLIOGRAFÍA ______________________________________________________________________ 30
10.
MEMORIA DE CÁLCULOS _________________________________________________________ 31
10.1. 11.
CÁLCULO DE POTENCIA REQUERIDA POR EL TORNILLO _________________________________ 31
PLANOS DE DISEÑO DE LOS COMPONENTES______________________________________ 46
11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 11.6.
SECTIONAL FLIGHT CONVEYOR SCREW _____________________________________________ SPLIT FLIGHT COUPLING _________________________________________________________ TROUGH _______________________________________________________________________ U – TROUGH DOUBLE ____________________________________________________________ COVER FLANGED, U - TROUGH SCREW CLAMPED _____________________________________ DRIVE SHAFTS AND END SHAFTS __________________________________________________
46 47 48 49 50 50
Página | 4
12.
TABLAS __________________________________________________________________________ 53
TABLA N°1 CODIFICACIÓN DEL MATERIAL _____________________________________________________ TABLA N°2 CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL ____________________________________________________ TABLA N°3 CAPACIDAD DEL TORNILLO TRANSPORTADOR HORIZONTAL _____________________________ TABLA N°4 GUÍA DE SELECCIÓN DEL GRUPO DE COMPONENTES __________________________________ TABLA N°5 DIÁMETRO DE ACOPLAMIENTO, NÚMERO DE TORNILLO, ANCHO DE CANAL Y DE TAPA ________ TABLA N°6 ACOPLAMIENTO Y COLGADOR RECOMENDADO _______________________________________ TABLA N°7 FACTOR POR SOPORTE DEL COLGADOR ____________________________________________ TABLA N°8 FACTOR POR DIÁMETRO DE LA HÉLICE ______________________________________________ TABLA N°9 FACTOR POR SOBRECARGA ______________________________________________________ TABLA N°10 SECTIONAL FLIGHT CONVEYOR SCREW ___________________________________________ TABLA N°11 DRIVE SHAFTS AND END SHAFT __________________________________________________ TABLA N°12 SPLIT FLIGHT COUPLING _______________________________________________________ TABLA N°13 U – TROUGH _________________________________________________________________ TABLA N°14 DRIVE SHAFT FOR SINGLE BALL BEARING __________________________________________ TABLA N°15 END SHAFT FOR SINGLE BALL BEARING ___________________________________________ TABLA N°16 COVERS – FLANGED, U – TROUGH SCREW CLAMPED ________________________________ TABLA N°17 SHROUDS ____________________________________________________________________ TABLA N°18 TROUGH END PLATES – U, FOR BALL BEARING _____________________________________ TABLA N°19 TROUGH END FLANGES, SUPPORTING FEET _______________________________________ TABLA N°20 BALL BEARING ________________________________________________________________
53 54 55 56 57 58 58 59 59 60 60 61 62 62 62 63 63 64 64 65
Página | 5
Introducción En este tercer informe, se presenta el desarrollo final del problema propuesto en el módulo de Proyecto Disciplinario. Inicialmente, se definió y comprendió el problema. Visualizando los conocimientos necesarios para abordarlo, se plantearon propuestas de solución en base a un análisis de criticidad, el cuál sirvió de guía para seleccionar el sistema de transporte de material que mejor cumpla con las condiciones establecidas y con las condiciones que implica abastecer una caldera de aserrín. Para diseñar el tornillo sinfín, se utilizaron catálogos para calcular y seleccionar los componentes de éste. Además, fue necesario usar catálogos para seleccionar el motor-reductor, diseñar el chute alimentador y la estructura de acero que servirá de soporte para el sistema. En este informe final, es donde se concreta el objetivo general del proyecto.
Página | 6
1. Objetivos 1.1. Objetivo general Diseñar, calcular y seleccionar un tornillo transportador para abastecer una caldera de aserrín.
1.2. Objetivos específicos Seleccionar tipo de aserrín y rango de porcentajes de humedad aceptables. Seleccionar un catálogo de diseño del tornillo sinfín. Calcular y seleccionar cada uno de los componentes del tornillo sinfín. Seleccionar el motor eléctrico del sistema. Diseñar la estructura soportante. Diseñar y calcular un chute. Dibujar los planos de ingeniería.
Página | 7
2. Antecedentes Antes de comenzar, es necesario recordar la problemática planteada y las condiciones establecidas, las cuales se presentan a continuación:
2.1. Situación planteada Se tiene una caldera que produce agua caliente (y vapor de baja calidad) en una planta embotelladora en Talca, Séptima región del Maule, Chile. Esta caldera utiliza un combustible sólido (aserrín) que es cargado hasta donde se ubica la caldera mediante una cinta transportadora.
2.2. Condiciones establecidas El diseño, cálculo y selección de sistemas de transporte de material, está restringido por las siguientes condiciones: Material: Aserrín (Woods Chips, Screened) Capacidad: 500 kg/h. Equipo de Carga: Cinta Transportadora. Equipo de Descarga: Caldera Condiciones de Operación: 16 horas de lunes a domingo Longitud, Inclinación, Altura de punto de Carga y de Descarga. (ver esquema N°1).
Página | 8
Esquema N°1
Medidas en metros [m].
Página | 9
3. Diseño conceptual y solución técnica
Página | 10
4. Material a transportar Se deben conocer las propiedades y características del aserrín con que trabajará el tronillo transportador. Para el desarrollo de este proyecto, se ha seleccionado el aserrín de Pinus Radiata. El Pinus Radiata se ha transformado en la especie de madera de mayor importancia económica en la industria forestal, siendo la principal fuente materia prima para los procesos productivos. La gran difusión que ha tenido esta especie se debe a su rápido crecimiento, capacidad de adaptación a diferentes ambientes, fácil manejo de sus plantaciones y a la gran diversidad de aplicaciones de su madera. Densidad del Pinus Radiata: Dada la propiedad de la madera de variar rápidamente su contenido de humedad (higroscópica), también varía su masa y volumen provocando aspectos complejos en cuanto al enfoque de una definición de densidad. En la madera se pueden distinguir tres estados de densidad: •
Densidad Anhídrida: Es la que relaciona la masa y el volumen de la madera anhídrida.
•
Densidad Aparente: Es la que relaciona la masa y el volumen, determinado a un mismo contenido de humedad.
•
Densidad Básica: Es la que relaciona la masa anhídrida de la madera y su volumen a un contenido de humedad especificado.
La densidad es una de las propiedades más importantes de la madera que definen su calidad. Ésta es generalmente expresada como la relación entre el peso por unidad de volumen, medida en kg/m3 ó lb/pie3.
Página | 11
Para este proyecto, se considerará el aserrín de Pinus Radiata con 12% de humedad. Lo cual hace estimar una densidad básica de aproximadamente 390 [kg/m3]. Además, podemos estimar un poder calorífico medio de 4200 [kJ/kg] con este mismo porcentaje de humedad para el aserrín seleccionado.
Fuente: Tablas Poder calorífico de maderas y residuos agrícolas, Termodinámica y Termotecnia, Universidad de Chile.
Página | 12
5. Diseño del tornillo transportador 5.1. Catálogo utilizado
Página | 13
5.2. Características del material El material a transportar por el tornillo sinfín es aserrín. Entonces, de la Tabla N°1, se obtiene lo siguiente: Material: (Wood Chip, Screened). Densidad: (10 – 30) lbs/ft3. Código de material: 20D345VY. Serie de componentes: 2A – 2B. Factor de material: Fm = 0,6.
Con esto, en la Tabla N°2, se definen las características del aserrín siguiendo el código de clase de material: 20D345VY. D3: Material tipo granular bajo 3” de tamaño. 4: Fluidez lenta, función de flujo < 2. 5: Ligeramente abrasivo, índice 1 – 17. V: Material aglomerante que se entrelaza. Y: Muy liviano y esponjoso, puede ser azotado por el viento.
Página | 14
5.3. Capacidad del tornillo transportador horizontal Para establecer la capacidad del tornillo transportador, se debe considerar la primera letra y los dos dígitos siguientes del código de material. En este caso, se tiene D34. Además del diámetro del tornillo estimado para este proyecto: 9”. De la Tabla N°3, se extraen los siguientes datos: Máximo código de material Tipo A (no abrasivo): D35. Capacidad máxima: 30%. Diámetro del Tornillo: 12”. Máximo de r.p.m. recomendado: 90 r.p.m. Capacidad de transporte de material a máxima r.p.m.: 1160 [ft3/hr]. Capacidad de transporte de material a 1 r.p.m.: 12,9 [ft3/hr].
Página | 15
5.4. Grupo de componentes De la Tabla N°1 el grupo de componentes recomendados para el tornillo transportador, son los de serie 2A – 2B. Esto indica servicio fuerte para materiales no abrasivos o materiales que contengan gránulos sobre ½”. Para las condiciones dadas en este proyecto, se selecciona el grupo de componentes 2A (Ver Tabla N°4). El grupo de componentes 2A indica que se usarán colgadores del tipo de rodamiento de bola auto-alineable, debido a que es más práctico, reduce el consumo de energía y disminuye los niveles de ruido.
5.4.1.
Diámetro de acoplamiento, número de tornillo, ancho de canal y de tapa
Viendo la Tabla N°5, con 9” de diámetro del tornillo, se tiene que: Diámetro de acoplamiento: 2”. Número de Tornillo: 12S412. Ancho de canal: 3/16”. Ancho de tapa: 14 gauge (0,1875”).
Página | 16
5.4.2.
Sectional Flight Conveyor Screw
Ver Tabla N°10 Diámetro tornillo transportador: 12”. Diámetro de acoplamiento: 2”. Número de tornillo: 12S412-F. Número de partes: Mano izquierda: 172-135-AZ. Número de partes: Mano derecha: 172-135-BZ. Largo: 11’ 10”. Peso promedio: por sección: 150 lb. Peso promedio: por pie: 13 lb. Máxima potencia a 100 r.p.m.: 10 HP. Diámetro nominal del tubo: interior: 2 ½”, exterior: 2 7/8”. Espesor: 3/16”. Paso: 12”. F: 5/8”. K: 2”.
Para las dimensiones y características del resto de los componentes, ver desde la Tabla N° 11 en adelante.
Página | 17
5.5. Diseño de la tolva de alimentación Se denomina a un dispositivo destinado a depósito y canalización de materiales granulares o pulverulentos. En muchos casos, se monta sobre un chasis que permite el transporte. Capacidad menor que los silos (30 a 300 m2) Se pueden construir en hormigón o en chapa de acero. Suelen utilizarse para los productos finales (comerciales). Pueden ser de fondo plano (el árido actúa como protección) o inclinado. La extracción se hace mediante alimentador o por gravedad. La carga puede hacerse directamente sobre camión (tolva elevada) o mediante cinta. Generalmente es de forma cónica y siempre es de paredes inclinadas, de tal forma que la cargase efectúa por la parte superior y la descarga se realiza por una compuerta inferior. Son muy utilizadas en agricultura, en construcción de vías férreas y en instalaciones industriales. Ventajas: -Menor segregación. -Menor contaminación. Desventajas: -Mayor inversión. -Mayor coste de mantenimiento. 8,04 m2 es el total de área que compone el Chute, por lo que el costo de fabricación será de $ 200.978.
Página | 18
Página | 19
5.6. Diseño de la estructura soportante El cálculo de las estructura tiene por objeto el estudio de la estabilidad y resistencia de las construcciones de manera que bajo las acciones que aquellas soportan tanto las fuerzas internas -denominadas tensiones o esfuerzos- como las deformaciones que se presentan han de quedar dentro de ciertos límites establecidos PROCESO DE DISEÑO Y CÁLCULO ESTRUCTURAL. Las pautas a seguir para calcular un elemento estructural depende, como es lógico, del material con que esté construido y del método empleado, se recoge en el siguiente esquema como es generalmente este proceso:
Página | 20
DIN 1080 Signos de cálculos estáticos en ingeniería. Los cálculos que serán para nuestra estructura nos guiaremos por los criterios de Resistivilidad y servivilidad para eso analizáremos nuestra estructura completa y verificaremos si son adecuados para nuestro proyecto Material: A37-24ES
resistencia a la tracción Sut= 3700kgf/mm2 Limite de fluencia Syt= 2400kgf/mm2
Análisis externos
Cálculo de fuerzas MASA: m = 1000 Kg GRAVEDAD: g=9,81 m/s2 PESO: W= 1000Kg * 9,81m/s2
W=9810N
Con W determinado procedo a calcular las reacciones externas MOMENTO: M= R*d
Página | 21
Para las 2 patas del lado derecho MA= RB*60 – W*30
RB = (W*9810)/ 60 RB= ( 30*9810)/60
RB= 4905N
Para las 2 patas del lado izquierdo MB= RA*60 –W*30
RA= (W*30)/60 RB=(9810*30)/60
RA= 4905N
Es decir cada pata soporta una fuerza de de 2452,5 N Deformación (SERVIVILIDAD)
δtotal := ( δp + δq ) <
δp :=
1⋅ P ⋅ L
=
3
48 ⋅ E ⋅ I
δq :=
300 L
5⋅ q ⋅ L
3 0.0507 ( 80cm) δp := ⋅ 1⋅ δp := I 48 210000⋅ I
1
4
384 ⋅ E ⋅ I δtotal := ( δp + δq ) <
=
300 L
Página | 22
REEMPLAZAR Y DETERMINAR LA INERCIA 50.793 I
+
0.00024921 I
I := 190.47 cm
=
80 300
4
POR RESISTIVILIDAD
σbMAX :=
( Mmax) Wφ
< ( 0 , 6⋅ Syt ) Donde Syt lo entrega el materia que es 2400kgf/cm2
78480 Wφ
< 1440
W φmin := 54.5 cm
3
Con estos datos calculados como la inercia ‘I’ y el mínimo valor de momento resistente ‘Wmin’ que debe tener el perfil para que el esfuerzo no sea sobrepasado. Pudiendo ingresar a una tabla de perfiles normalizados y comerciales
Página | 23
Tabla CINTAC para perfil A37-24ES
Página | 24
Precio de perfiles para las patas o soportes se comprara una tira de 6 mts con las siguientes características de cotización.
Plancha de 800 x 1549 x 55 medidas en mm. Costo aproximado $47000 Costo mano de obra ocupando soldadura E6011 en= $35000
COSTO TOTAL MESA SINFÍN = $40290 $47000 + $35000 $122290
Página | 25
Producto terminado
Medidas en pulgadas
Página | 26
6. Costos Para estimar los costos del tornillo transportador, el grupo se contactó vía email con un representante de FMC Technologies Chile Ltda. Don Carlos C. Rodríguez Q. correo:
[email protected] A este contacto se enviaron las dimensiones y características de los componentes del tornillo sinfín diseñado, recibiendo la información de los costos estimados, peso y tiempo de entrega. Costo estimado: U.S. $ 5,000 (U.S. $ 1 = $500 aprox.) Peso estimado: 800 kg. Tiempo de entrega: 6 a 8 semanas.
COSTO TOTAL MESA SINFÍN = $40.290 $47.000 + $35.000 $122.290
COSTO TOTAL CHUTE = $ 200.978
COSTO TOTAL PROYECTO = $2.823.268
Página | 27
7. Discusión y análisis El tornillo diseñado es un Sectional fligh screw conveyor double, con el propósito de abastecer continuamente la caldera de aserrín y abarcar los 0,8 m de parrilla. En base a las dimensiones dadas de la entrada a la caldera, se calculó el canal doble, con esto se seleccionó el diámetro de cada tornillo. De esta forma, se ocupará la mayor área posible de la entrada de la caldera para evitar las pérdidas de calor. Tornillo es por secciones, así cuando haya alguna falla, sólo se debe cambiar la hélice dañada. El material a transportar es aserrín, el cual fue estimado a una densidad y humedad determinada para efectuar los cálculos de rpm y potencia. Sin embargo, es posible que estas propiedades del aserrín no sean constantes y algunas veces se requiera más potencia. Es por esto que se recomienda mantener la sala de caldera a una temperatura y humedad ambiental que permita mantener dichas propiedades. La estructura soportante del tornillo sinfín se diseñó para mantener estable este equipo durante su funcionamiento y evitar vibraciones que dañen algún componente. Para alimentar el tornillo sinfín de aserrín, se ha diseñado una tolva de alimentación o chute, el cual guía el aserrín que cae de la correa transportadora hasta la entrada del tornillo. Hay consideraciones que no se han tomado en cuenta, como la temperatura del hogar a la que será expuesta la parte de descarga del equipo. Esto hace que los componentes sometidos a estas temperaturas fallen antes de lo estimado por el fabricante
Página | 28
8. Conclusiones Al finalizar este proyecto, se puede rescatar la metodología que se utilizó para llegar al desarrollo final de una propuesta de solución. Fue importante analizar primero el problema planteado, acotar el problema a qué es realmente lo que se está pidiendo y buscar distintas alternativas para resolverlo. Considerando diversos factores para este proyecto en específico, se logró determinar que la mejor opción es el tornillo sinfín. El cual se debió diseñar de acuerdo a las condiciones establecidas inicialmente. Como se ha dado en otros módulos, el uso de un catálogo de diseño sirve como base para determinar las dimensiones de cada componente del equipo. Otro factor importante a rescatar es el trabajo en equipo, ya que permite trabajar cada uno en un determinado ítem, alivianar las responsabilidades de cada uno, pero que en el conjunto se ve el resultado. Finalmente, en este proyecto hay ciertas modificaciones que podrían hacerse para mejorarlo aún más. Por ejemplo: diseñar un nuevo sistema de acoplamiento en el sector de descarga del tornillo que está sometido a altas temperaturas. Y también, haciendo otro análisis, se recomiende usar 3 tornillos para mejorar el rendimiento total del sistema.
Página | 29
9. Bibliografía
“Disponibilidad de residuos madereros” Publicado por: CNE, INFOR, GTZ – Santiago de Chile, octubre de 2007. “Potencial de Biomasa forestal” - Publicado por: CNE, INFOR, GTZ – Santiago de Chile, enero de 2008.
“Variación de la densidad de la madera de Pinus Radiata D.Don.”- Memoria para optar al título de Ingeniero Forestal, Sandra A. Carrizo C. – Universidad de Talca – Chile, año 2000. Catálogo de diseño de tornillo transportador: “Link-Belt® Screw Conveyors” FMC Technologies.
Página | 30
10. Memoria de cálculos 10.1. Cálculo de potencia requerida por el tornillo La energía que se requiere para operar el sistema de transporte, es esencialmente la suma de la energía para vencer el rozamiento y la energía para mover el material a transportar. Para un transportador doble: =
+ ∗ 2,35 ∗
En el cual: Energía para vencer el roce en vacío para el transportador en HP. =
∗ ∗ ∗ 1000000
Energía para vencer el roce del material para el transportador en HP. =
∗ ∗ ∗ 1000000
Donde: C: Capacidad, en pie3/hrs W: Densidad aparente, en lb/pie3 L: Longitud del transportador, pies n: Velocidad de rotación, en rpm =
45,27 ≈ 22,55 *+,2,23 ∗ % !" # $%&'&( ∗ 2
Fd: Factor por diámetro de la hélice Página | 31
Fb: Factor por soporte del colgador Fm: Factor por tipo del material F0: Factor de sobrecarga e: Eficiencia de la transmisión Calculando, entonces:
= =
=
4,265 ∗ 22,55 ∗ 55 ∗ 26 ≈ 0,1375 *1000000
45,27 ∗ 30 ∗ 165 ∗ 4,265 ≈ 0,9557*1000000
00,1375 + 0,95571 ∗ 1,35 ∗ 1,6 ≈ 3,1 *- ≡ 2,35 *30,75
Selección motor-reductor: Motor-reductor sin fin: Adaptados a medida, al torque y velocidad requeridos. Con un alto índice de reducción, tipo:
Página | 32
Catálogo
Motores Cital Chile
Código de motor
MH-11 (S87)
Potencia (HP)
3,5
eficiencia
79%
Factor de potencia, cos(φ)
0,9
Peso (Kg)
14,9
RPM de Salida
100
Cálculo de correas de transmisión: Debido a que las maquinas conducidas tienen formas particulares de funcionamiento, se deben prevenir fallas debidas a los golpes, vibraciones o tirones. Todas estas situaciones se consideraran a través de un factor de servicio que aumenta la potencia transmitida para obtener la potencia de diseño que considerara las características de la maquina y el motor utilizado. La potencia seria entonces: 45 : 4&7$ % # 8% 979 0catalogo RoAlex 1
$79&D5EñF = G ∗ 45
$79&D5EñF = 3,5 ∗ 1,1
$79&D5EñF = 3,85*-
Página | 33
Conociendo la sección a utilizar se procede a utilizar la relación de transmisión entre ejes (i). 9=
FIJDK
LFMNLDO
=
PQ : P9&"$% %9"9$9 # & & $&.
PQ #Q
#Q : P9&"$% %9"9$9 # & & %&9#&. 9=
125 22,5
9 = 5,56
Conociendo la relación de transmisión se puede calcular los dos diámetros anteriores, usando como mínimo los siguientes valores.
Se procede dando un valor para #Q para luego calcular PQ de la siguiente manera. PQ = 9 ∗ #Q
PQ = 5,56 ∗ 60
PQ = 333,3 *""Con estos valores se puede calcular el largo L aproximado para la correa que se necesita: PQ − #Q = 02 ∗ 71 + S1,57 ∗ PQ + #Q T + 4∗7
V
: W9$!# # & 7 %%&
7: P98$&79& $$&$9 & $% (8.
Página | 34
Para determinar la distancia tentativa entre ejes (c) se ocupa la siguiente fórmula: 7=
1 0P + 3#Q 1 2 Q
7 = 256,7 *""-
0333,3 − 601V = 02 ∗ 256,71 + 1,57 ∗ 0333,3 + 601 + 4 ∗ 256,7 = 1196 *""-
Una vez obtenido el largo de tabla, se calcula el número de la correa a usar y el largo recomendado por la tabla.
Fuente: catalogo Roflex de correas trapezoidales. Para este caso sería el N°46 con un L= 1198 mm
Página | 35
Después se calcula el “c” corregido, reemplazando el largo que se obtuvo de la tabla. PQ − #Q = 02 ∗ 71 + S1,57 ∗ PQ + #Q T + 4∗7
V
7 = 260 *""-
Potencia que transmite la correa: Teniendo la velocidad del eje conductor, y la relación de transmisión, se consulta la tabla correspondiente a la sección de correa usada y de ahí se encuentra la potencia que transmite una correa. Según tabla 1 =
0.3 + 3,2 11.53
1 = 3,22*3Ahora según tabla, con L (largo correa) que en este caso es 2007 mm y n° correa (80), se obtiene el factor de corrección c2. Página | 36
Entonces c2=1,05
Cálculo del factor de corrección c3. Con los valores de PQ y #Q se consulta la siguiente tabla:
Fuente: catálogo Roflex de correas trapezoidales.
Por lo tanto el factor de corrección, será 0,8 Finalmente se calcula el número de correas (Z). X=
$79& # #98ñ 7V ∗ 7Y ∗ Z
X=
3,5 1,05 ∗ 0,8 ∗ 3,22
X ≈ 1,3 → 2 7 %%&8
Página | 37
Analizando la polea:
,I = 71620 ,I = 71620
∗ \
3,85 ∗ 00,79 ∗ 0,51 0,72
,I = 39291,5 ]3W − 7"^
V > Z
De manuales de ingeniería se obtiene que: V = `a Z
b: 4979$ # % c&"9$ 7 %%& − & d: eW! # 7 $&7$ 7 %%& − &
Asumiendob=0,35 y d, viene dado por la siguiente fórmula: d = 180 −
PQ − #Q 60 =≈ 116,07° → 2,02 *+eP7
Ahora, se despeja F2: V = 2,027Z
Ahora con∑ , = 0: Página | 38
,I = 0V − Z 1 ∗ + &
39291 = 02,027Z − Z 1 ∗ 278 Z = 133*3W4-
V = 2,027 ∗ 133 = 270*3W4-
Fuerza vertical de la polea: g = 0Z + V 1 cos ∝
Donde
∝= 180 − d = 180 − 116,07 ≡ 63,93
g = 0270 + 1331 cos 17,46 ≈ 384,4 ]3W ^
Fuerza horizontal de la polea: j = 0270 + 1331 sen 17,46 ≈ 121 ]3W ^ Momento resultante encontrado por análisis estático del sistema:
DCL:
Qc: Peso y carga vertical del tornillo y material de transporte. Fvp: Fuerza vertical de la polea. Página | 39
Ray: Reacción del rodamiento A. Rby: Reacción del rodamiento B.
,IFIOl m = n684,6V + 215,3V ≈ 717,6 ]3W − 7"^ ,IFIOl = n187,3V + 58,0V ≈ 196 ]3W − 7"^
Según el resultado obtenido por los cálculos, el punto crítico del eje se encuentra en el rodamiento “A” lo que implica que el momento máximo será ,IFIOl m Cálculo para el diámetro del eje: Seleccionando el material necesario para trabajar bajo corrosión por humedad y esfuerzos por cambios térmicos, se trabajara con acero inoxidable Austenítico serie 300. oNI = 482,6 *,e-
opI = 344,73 *,eAsumiendo que: P = 3,5 ∗ #EqE # = 2 ∗ #EqE
% = 0,5 ∗ #EqE Calculo de Kt por flexión
D
( 3.5d)
r
0.15d
d
2⋅d
d
d
1.75
r
D d
d
0.15
Página | 40
Con los valores de D/d y de r/d ver gráfico Kt
Kt = 1.6 Usando la teoría de corte máximo en conjunto con la ecuación Soderberg se obtiene la siguiente relación: 32 ∗ # ,'Ou V xOu st # = v +w y r o opI
V
Y
,'zOu = ,IFIOl O ∗ 3I
,'zOu = 717,6 ∗ 1,6 ≈ 1148,1 *{W4 − 7"Esfuerzo de corte máximo: xOu = |Ou ∗ 3IFJ5DFM
xOu = 39291,5 ∗ 1,35 ≈ 53043*{W4 − 7"-
Página | 41
Cálculo de fatiga en el eje: o = o} 03& ∗ 3' ∗ 37 ∗ 3# ∗ 3 ∗ 34 , 1 Cálculo de o} : o} = o!$ ∗ 0,5 ≡ 482,6 ∗ 0,5 ≈ 241,3 *,&Cálculo de Ka:
3& = e ∗ o!$
3& = 4,51 ∗ 482,6~,V ≈ 0,9
Cálculo de Kb: 40 ~,ZZYY 3' = ≈ 0,828 7,62 Cálculo de Kc: 37 = 1 0 % 4 9 1 Cálculo de Kd: 3# = 1,012 0% 78 $%"97 $% & 8 !79 & 7& 9& 2
1 Cálculo de Ke: 3 =
1 34
34 = 1 + 03$ − 11
Página | 42
=
1
1+
& %
a: Constante de Newber r: Radio de la muesca =
1 ≈ 0,8 0,07 1+ √0,0784 34 = 1,48
3 = 0,675
o = 241,300,9 ∗ 0,828 ∗ 1,012 ∗ 1 ∗ 0,675 ∗ 11 ≈ 122,8*,&#Y =
32 ∗ 2 1148,1 V 39291,5 V st v + t v 122,8 ∗ 10 r 340 ∗ 10
*El factor de seguridad fue asumido bajo un modelo analítico para cargas y esfuerzos que
representan
al
sistema
con
precisión
según
apuntes
de
diseño
mecánico/elementos de máquinas.
Finalmente se reemplaza en la ecuación de corte máximo y se obtiene el diámetro: # = 0,134 *"- ≡ 13,4 *""-
Para selección comercial, se asumirá un diámetro de eje igual a 15 *""-. Cálculo de la soldadura eje-tornillo: De tabla 1: propiedades mínimas a la tensión del metal soldante para soldadura al arco de acero. # = 2 oNI = 345 *,&-xO = 124 *,&- 7$% # : 60 Página | 43
para penetrar y un electrodo de E7018 para terminar. Según la teoría de corte máximo: Ou =
e5Fl
=
ℎ>
√2 ∗ O = < ℎ∗ ∗ #
√2 ∗ J ∗ # O
Cálculo de la fuerza resultante: J = gV + V J = n384,4V + 121V ≈ 403*3W4Luego la altura: ℎ ≈ 0,9 *""- ≈ 1*7"Selección de rodamientos: Como existen fuerzas verticales y axiales importantes, se seleccionaran 4 rodamientos de rodillos a rótula, la temperatura de trabajo será menor a 150°C, fiabilidad de 1, el giro del rodamiento será el aro interior, tiempo estimado de trabajo Lh=12.000 horas. Por lo tanto: E = ∗ ∗ % + ∗ & Como: V=1; Fa=0; X=1; Y=1 La formula quedara de la siguiente manera: E = % Página | 44
Entonces para el rodamiento “A”: % = n+& V + +& V
% = n1192,5V + 375V ≈ 1250*3W4Siendo
entonces:
E = 1600*3W4-
Calculando la capacidad dinámica: ℎZ
= E
´
∗
10 *%8 ∗ 60
Siendo x´=3, reemplazando: 10 Y ∗ *%812000 = 0,079 ∗ 60 1600 Despejando: = 285,6 *G-
Se va a catálogo y seleccionar el rodamiento adecuado: + #&"9$ o3: 222113 Con una capacidad dinámica de 13800 N. D.
interior D.
(mm)
(mm)
15
35
exterior Ancho (mm)
Cap.
Dinámica Masa. (Kg)
(N) 11
7410
0,049
Página | 45
11. Planos de diseño de los componentes 11.1. Sectional Flight Conveyor Screw
Página | 46
11.2. Split Flight Coupling
Página | 47
11.3. Trough
Página | 48
11.4. U – Trough Double
Página | 49
11.5. Cover Flanged, U - Trough Screw Clamped
11.6. Drive Shafts and End Shafts
Página | 50
11.7. Ball Bearing
Página | 51
11.8. Fghggfhj
Página | 52
12. Tablas Tabla N°1 Codificación del material
Página | 53
Tabla N°2 Clasificación del material
Página | 54
Tabla N°3 Capacidad del tornillo transportador horizontal
Página | 55
Tabla N°4 Guía de selección del grupo de componentes
Página | 56
Tabla N°5 Diámetro de acoplamiento, número de tornillo, ancho de canal y de tapa
Página | 57
Tabla N°6 Acoplamiento y colgador recomendado
Tabla N°7 Factor por soporte del colgador
Página | 58
Tabla N°8 Factor por diámetro de la hélice
Tabla N°9 Factor por sobrecarga
Página | 59
Tabla N°10 Sectional Flight Conveyor Screw
Tabla N°11 Drive Shafts and end shaft
Página | 60
Tabla N°12 Split Flight Coupling
Página | 61
Tabla N°13 U – Trough
Tabla N°14 Drive Shaft for single Ball Bearing
Tabla N°15 End Shaft for single Ball Bearing
Página | 62
Tabla N°16 Covers – Flanged, U – Trough Screw Clamped
Tabla N°17 Shrouds
Página | 63
Tabla N°18 Trough End Plates – U, for Ball Bearing
Tabla N°19 Trough End Flanges, Supporting Feet
Página | 64
Tabla N°20 Ball Bearing
Página | 65
