Práctica 4 - Transportador Helicoidal

 

Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías. CUCEI

Universidad de Guadalajara Departamento de Ingeniería Química. Carrera de Ingeniería Química

Transportador Helicoidal Práctica IV Laboratorio de Manejo y Separación Mecánica de Materiales 2022-B Sección: D06 NRC: 117583 Clave: I5827

Profesor: Leonardo Ramses Cajero Zul  Alan Vargas Vargas Angel Daniel

Rodríguez Sánchez Allison Monserrat

García Avelino Lorena Guadalupe

Robles Ortiz Maria Isabel

Pineda Ureña Renata

Rubio González María José 09 de Noviembre de 2022

1

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

ÍNDICE TEORÍA

 

3

Objetivos

5

 

CONCEPTOS GENERALES

 

5

Definiciones

5

Conocimiento teórico

5

Partes de un transportador helicoidal

7  

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

 

7

Materiales

7

Descripción de la práctica

8

DIAGRAMA DE FLUJO CON SECUENCIA DE PASOS

   

DESARROLLO DE CÁLCULOS

 

ANÁLISIS DE RESULTADOS

 

11

ANEXOS

11  

 

 

9 11

BIBLIOGRAFÍAS

 

9

 

 

 

8

RESULTADOS RESULT ADOS OB OBTENIDOS TENIDOS

CONCLUSIÓN

 

7

Descripción del equipo

TABLA DE DAT DATOS OS TOMADA DEL LABOR LABORA ATORIO

 

11 12

2

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

TEORÍA El trans transpo porta rtado dorr de to torn rnill illo o heli helico coid idal al es un una a de la lass form formas as má máss co conf nfia iabl bles es y rentables para una transportar materiales granel. Esdesde una máquina versátil que puede manejar amplia variedad de amateriales, materialesmuy secos y de flujo libre libre com como o el cem cement ento o Portla Portland nd has hasta ta materi materiale aless húmedo húmedoss y len lentos tos,, com como o los biosólidos deshidratados. Un transportador helicoidal o transportador de tornillo sinfín es un mecanismo que ut utililiz iza a una una cuch cuchililla la de to torn rnilillo lo he helilico coid idal al gira girato toria ria , llllam amad ada a " Al Ala a o Hé Hélilice ce ", generalmente dentro de un tubo o canal en forma de "U", para mover materiales líquidos, polvos y granulados. Se utilizan en muchas industrias de manipulación a granel. Los transportadores de tornillo en la industria moderna a menudo se usan horizontalmente o con una ligera inclinación como una forma eficiente de mover  materi mat eriale aless sem semisó isólid lidos, os, inclui incluidos dos des desech echos os de ali alimen mentos tos,, ast astilla illass de mad madera era,, agregados, granos de cereales , alimentos para animales, cenizas de calderas, harina de carne y huesos, sólidos municipales desperdicio , y muchos otros. El primer tipo de transportador de tornillo fue el tornillo de Arquímedes , utilizado desde la antigüedad para bombear agua de riego. Por lo general, consisten en un canal o tubo que contiene una hélice espiral enrollada alrededor de un eje, impulsada por un extremo y sujeta por el otro, o una " espiral sin eje ", impulsada por un extremo y libre en el otro. La velocidad de transferencia de volumen es proporcional a la velocidad de rotación del eje. En aplic ap licac acio ione ness de co cont ntro roll in indu dust stri rial al,, el disp dispos ositi itivo vo se us usa a a me menu nudo do co como mo un alimentador de velocidad variable al variar la velocidad de rotación del eje para entregar una velocidad o cantidad medida de material en un proceso. Los transportadores de tornillo se pueden operar con el flujo de material inclinado hacia arriba. Cuando el espacio lo permite, este es un método muy económico de elevar y transportar. A medida que aumenta el ángulo de inclinación, la capacidad de una unidad dada disminuye rápidamente. Tornillo de Arquímedes  Arquímedes diseñó el primer transportador de tornillo helicoidal en el siglo III a. C. Se utilizó para eliminar el agua de los barcos y para el riego de las tierras de cultivo. El dispositivo consistía en un cilindro hueco con un eje central y una espiral fijada a la pared interna del cilindro y el eje central. A medida que el conjunto giraba, el agua se transportaba y se elevaba de un lugar a otro. El diseño en espiral se basa en la

3

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

teoría del plano inclinado. El transportador de tornillo comenzó a evolucionar a fines de 1800 y se utilizó como un medio para aumentar la producción de alimentos y granos para satisfacer las necesidades de la población estadounidense en rápido crecimiento. Los primeros molinos de alimentación utilizaron transportadores de tornillo durante todo el proceso. In Incl clus uso o la lass fá fábr bric icas as de alim alimen enta taci ción ón más más mode modern rnas as de la actu ac tual alid idad ad depe depend nden en de tr tran ansp spor orta tado dore ress de torn tornilillo lo para para muchos much os de sus requ requisitos isitos de de manejo de ma materia teriales. les. El ttransp ransportad ortador or d de e ttornill ornillo o ha ha evolucionado hasta los tiempos modernos. Ahora se usa en casi todas las grandes industrias. Los tra Los trans nspo porta rtado dore ress helic helicoi oida dale less de to torn rnill illo o so son n di disp spos ositi itivo voss de tra trans nspo port rte e volumétricos. Con cada revolución del tornillo helicoidal, se descarga un volumen fijo de material. El propósito de un transportador de tornillo es transferir el producto de un punto al siguiente. Los transportadores de tornillo helicoidal siempre se controlan alimentando en la entrada por otro transportador o dispositivo de medición. Las válvul vál vulas as rotati rotativas vas,, ali alimen mentad tadore oress o dosific dosificado adores res de tor tornil nillo lo helico helicoida idal,l, ban bandas das transp tra nsport ortado adoras ras o inclus incluso o otr otros os tra transp nsport ortado adores res de tor tornil nillo lo est están án típ típica icamen mente te conectados a la entrada de un transportador helicoidal de tornillo. Los alimentadores o dosificadores de tornillo son similares a los transportadores helicoidales de tornillo, excepto que los alimentadores de tornillo helicoidal siempre están cargados por inundación o 100 por ciento llenos en el área de entrada. Los alimentadores de tornillo helicoidal están diseñados para medir volumétricamente el material desde una tolva, contenedor o silo a una velocidad controlada. Muchos alimen alimentad tadore oress o dos dosifi ificad cadore oress de tor tornil nillo lo helico helicoida idall utiliz utilizan an accion accionami amient entos os de velocidad ajustable para permitir variar la velocidad de flujo fl ujo del material.  Aplicaciones Los transportadores de tornillo helicoidal se utilizan para transportar cualquier tipo de material a granel y se encuentran en miles de aplicaciones. Las principales industrias que utilizan transportadores de tornillo son: ● Productos químicos de producción agrícola ● Procesamie Procesamiento nto de alimentos alimentos

4

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

● Madera Madera y produc productos tos de madera madera ● Procesamie Procesamiento nto de Minería Minería y Minerales Minerales ● Extracción Extracción de petróleo petróleo y gas ● ● ● ● ● ●

Refinación Refinación del petró petróleo leo Met Metale aless pri primar marios ios Pul Pulpa pa y papel papel Caucho Caucho y Plásticos Plásticos Piedra, Piedra, vidrio y hormi hormigón gón Ambi Ambien enta tall

El transportador helicoidal se utiliza en todas las industrias de procesamiento de carne y aves de corral para transportar subproductos o productos reciclados. La versatilidad y rentabilidad del transportador helicoidal lo convierten en una opción perfecta para transportar una amplia variedad de materiales a granel. Objetivos

Comprender de forma práctica el funcionamiento del transporte helicoidal y utilizar  los fundamentos teóricos para calcular potencia, velocidad (RPM),   .

CONCEPTOS GENERALES Transportador helicoidal 

Los transportadores helicoidales, también identificados como “gusanos”, consisten fundamentalmente en un eje de acero, sobre el cual se desarrolla una espiral, que gira dentro de un canal. El eje es puesto en marcha por un motor y el acople se produce a través de engranajes o cadenas. Este transportador se utiliza para el movimiento de materiales abrasivos y no abrasivos, en horizontal y oblicuo. Puede transportar cereales, carbón, arena, piedra, clinker de cemento, etc. Los transp transport ortado adores res helico helicoida idales les req requie uieren ren de may mayor or pot potenc encia ia y un ran rango go de capa ca paci cida dad d meno menorr que que lo loss tr tran ansp spor orta tado dore ress vert vertic ical ales es.. El in incr crem emen ento to en la lass cant ca ntid idad ades es y la lass vari variab able less de pé pérd rdid ida a de po pote tenc ncia ia depe depend nden en de dell án ángu gulo lo de inclinación y de las características del material a transportar transportar.. Principales características de los helicoides

Son capaces de transportar diversas clases material sobre planos horizontales o 5

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

bien sobre planos inclinados con una inclinación límite de 15°. No obstante, se pueden utilizar como elevadores, sin embargo, existe una diferencia entre unos y otros. En el primer caso la forma del canal es en U y el material llena ll ena parcialmente la sección secció n tra transv nsvers ersal al alc alcanz anzand ando o alt altura urass del 15, 30 y 45% de áre área a tra transv nsvers ersal, al, mientras que en el segundo caso, el helicoide se mueve en el interior de un tubo cerrado, donde el material llena completamente la sección. Materiales a granel Los materiales a granel se definen como mercancías que se manipulan en grandes cantidades sin el beneficio de un embalaje individual. Los materiales a granel se transportan, almacenan y procesan para crear las cosas que necesitamos para vivir vivir,, como productos alimenticios, plásticos, productos de construcción, papel y miles de productos terminados. La industria de manipulación de materiales a granel es un campo de la ingeniería centrado en el diseño de equipos utilizados para transportar materiales a granel. La  Asociación de Fabricantes de Equipos Transportadores Transportadores (CEMA), compuesta por  fabricantes de equipos de manejo de materiales, crea estándares de la industria para el diseño y operación segura de equipos transportadores. CEMA y lo CEMA loss pr prin inci cipa pale less fa fabr bric ican ante tess de tra trans nspo porta rtado dore ress de torn tornilillo lo si sinf nfín ín ha han n estu es tud dia iado do mile miless de dife difere rent nte es ma mate teri rial ales es a gra grane nell para ara de dete term rmin ina ar sus características. CEMA clasifica los materiales a granel por:

partícu la ● T ● Flui Flamaño uide dezz de partícula ● Dens Densid idad ad ● Abr Abrasi asivid vidad ad ● Otras características (corrosivo, inflamable, pegajoso)

CEMA proporciona códigos de clasificación de materiales para la mayoría de los materiales a granel transportados. Esta información está disponible para cualquiera que diseñe, especifique, fabrique o utilice transportadores de tornillo y otros equipos de manipulación de materiales a granel. El diseño adecuado de los transportadores de tornillo helicoidal depende de conocer y comprender el material a granel que se transporta y la aplicación.

6

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

Los materi materiale aless a granel granel se cla clasif sifica ican n por tamañ tamaño o de par partíc tícula ula,, flu fluide idezz y otr otras as propiedades físicas. La Asociación de Fabricantes de Equipos de Transportadores (CEMA) proporciona códigos de clasificación de materiales para los materiales a granel transportados más comúnmente. Esta información está disponible en el libro CEMA No. 350.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Descripción del equipo: Transpo Transportador rtador helicoidal 

Los ttra Los rans nspo port rtad ador ores es helic helicoi oida dale less o to torn rnill illos os si sin n fifin, n, pu pued eden en mane maneja jarr much muchos os tip tipos de prod roduc ucto toss con va vari riad adas as ca cara ract cte erís rístiticcas as,, dim imen ensi sio ones, nes, et etc. c. Lo Loss transp tra nsport ortado adores res helic helicoid oidale aless son bás básica icamen mente te un tornil tornillo lo cent central ral den dentro tro de u un n conten con tenedo edorr rec rectan tangul gular ar lar largo go dep depend endien iendo do de las nec necesi esidad dades es de ca cada da uso. uso. El tornillo gira sobre su eje, y por su forma, va desplazando los materiales a transportar  hacia el otro extremo extremo del que entró hacia hacia la desc descarga. arga. El ttornill ornillo o gira gira alime alimentado ntado por un motor eléctrico con bandas en un extremo del tornillo. La velocidad de transferencia de volumen es proporcional a la velocidad de rotación del eje. En aplicaciones de control industrial, el dispositivo se usa a menudo como un alimentador de velocidad variable al variar la velocidad de rotación del eje para entregar una velocidad o cantidad medida de material en un proceso. Partes de un transportador helicoidal 

 A. Transporte Transporte helicoidal B. Com Compo pone nent nte es de acopla oplami mie ent nto o como omo tornillos, flechas y tuercas de seguridad C. Soportes colgantes y bujes D. Tapas terminales E. Artesas, cubiertas y limitadoras de cargas F. Bridas Un-Weld G. Bocas de descarga y alimentación H. Pie soporte atornillable y soldable Materiales

● Fle Flexóm xómetr etro o

7

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

● Mult Multím ímet etro ro ● Transp Transportad ortador or de Banda. Banda. ● Arro rroz ● Rec Recipi ipient entes es ● Bala Balanz nza a ● Cron Cronóm ómet etro ro Descripción de la práctica

● Operar el el equipo sin carga, carga, en este caso, sin sin arroz. ● Medir el amperaje ccon on el multímetro y la velocida velocidad d con el flexómetro (sin carga). ● Posteriorm Posteriormente ente,, pes pesar ar 5 kg de de arroz. arroz. ● Vaciar e en n el equipo y comenzar comenzar a operarlo. operarlo. ● Con ayuda ayuda de la ceja dosificadora, dosificadora, comenzar a vaciar poco a poco el arroz. ● Comenzar el cronómetro cronómetro para medir el tiempo en el que el arroz tardará en salir. ● Medir el amperaje ccon on el multímetro y la velocida velocidad d con el flexómetro (con carga). ● Una vez que haya salido todo el arroz, dete detener ner el cron cronómetro ómetro y a apagar pagar el equipo.

DIAGRAMA DE FLUJO CON SECUENCIA DE PASOS

8

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

TABLA DE DAT DATOS OS TOMADA DEL LABOR LABORA ATORIO Datos del equipo: Dimensiones (m) Largo L [m]

 

Ancho Dh [m]

Amperaje sin carga [A]

Amperaje con carga [A]

Velocidad sin carga [rpm]

Velocidad con carga [rpm]

1.20

1.22

279.59

280.64

1.71  

0.11

Altura de la ceja [m]

 

0.024

Paso de ceja P [m]

 

0.098

Diámetro cilindro df [m]   0.075 Diámetro de la ceja [m]   0.123

Transporte Transpo rte de Arroz en gramos: ρ=

 

1450

 

g/L

Alimentación [g]

Salida [g]

Pedidos [g]

Tiempo de transporte [s]

5000

4733

267

108

DESARROLLO DE CÁLCULOS Estimación del Consumo de Potencia y dimensionado de un helicoide

Partiendo de la ecuación general de los transportadores: La capacidad de trabajo CT del helicoide estará en toneladas por hora:

 = ρ  Donde el Cv es la capacidad volumétrica en m3/hr m3/hr,, y la densidad aparente en ton/m3 y es igual a:

  =  

9

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

La velocidad del helicoide es igual a:

 = 

P = paso del helicoide, en m N = rpm

  = β2 D: Diámetro del cilindro del transportador en metros.

β: Constante de forma para superficie Sustituyendo, quedaría:

  2 πθ   = 4 ⎡⎣ 360   −    θ 2 ⎦⎤ Como estos helicoides trabajan a 15, 30 y 45 por ciento de llenado (%LL) el ángulo  se obtiene por prueba y error. Considerando el llenado al 30%

  π2 0. 3 4  

  2 πθ = 4 ⎡⎣ 360   −    θ 2 ⎦⎤

∴ θ = 142. 42. 56 Fórmula para calcular la Potencia se utilizó la siguiente ecuación:



  (µ±) = 270

P = Potencia fs = factor de servicio = 1.2

µ = coeficiente de fricción = 0.5 considerando una humedad del 16% L = longitud del transportador  H = altura al nivel de piso

10

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

(Rodríguez Galbarro, 2019)

RESULTADOS RESULT ADOS OB OBTENIDOS TENIDOS  Aplicando las fórmulas antes antes mencionadas:  

RPM N   RPM N (con   I (con carga)   (vacío) carga)

Voltaje

I (vacío)

120.00

1.20

279.59

1.22

280.64

Carga (kg/s)

Carga (ton/h)

HP

Cv (m3/h)

Ct (ton/h)

0.0463

0.1667

0.1962

0.17766

0.25761

Masa (kg)

Área (m2)

5.00

0.00646

V vacío (m/s) V con carga (m/s) 27.3998

27.5027

ANÁLISIS DE RESULTADOS Con base en los resultados obtenidos, podemos argumentar que contra lo que se esperaba la velocidad del transportador resultó ser mayor al momento de presentar  carga contra al momento en que trabaja sin esta.  Además de encontrar que este tipo de transporte si bien tiene una buena eficiencia se encuentra por debajo de otros transportadores ya que fue el que presentó más pérdidas en el periodo de transporte.

CONCLUSIÓN Para finalizar, se puede concluir que se cumplió con el objetivo de la práctica, ya que logramos conocer y calcular el proceso mecánico físico del transporte del arroz por medio de un helicoidal ya existente. Además pudimos hacer un análisis de lo que ingresó y salió de este, además de cuánto tiempo le tomó en procesar tal cantidad. Todo esto nos permitió conocer el proceso físico, así como la eficiencia y carga procesada del transportador helicoidal.

BIBLIOGRAFÍA Católica de Valparaíso http://opac.pucv.cl/pucv_txt/Txt-4500/U http://opac.pucv.cl/pucv_txt/Txt-4500/UCC4538_01.pdf  CC4538_01.pdf  Helicoidales: licoidales: Descripció Descripción n del Producto. Dinamo. (2022). Transportadores He Recuperado de: https://www https://www.dinamo-ca.com/produ .dinamo-ca.com/productos/transportadores-he ctos/transportadores-helicoidales/ licoidales/

11

 

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTA E INGENIERÍAS, CUCEI CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA MATERIA: LABORATORIO DE MANEJO Y SEPARACIÓN MECÁNICA DE MATERIALES SECCIÓN: D06 PROFESOR: LEONARDO RAMSES CAJERO ZUL FECHA: 09/11/2022

Ososrio O, Diego E (2018). Estudio, Puesta en marcha y Proposición de Ensayos para un Transportador de Tornillo de Laboratorio. Valparaíso, Pontificia Universidad. Qué es y cómo funciona un Transportador Helicoidal Gusano (Tornillo) | Bega | México. (s. f.). Bega Helicoidales.

https://www.begahelicoidales https://www .begahelicoidales.com/que-es-un-transpo .com/que-es-un-transportador-helicoida rtador-helicoida Rodríguez Galbarro, Hermenegildo. “Cálculo de Transportadores Transportadores de Tornillo Sin Fin.” ingemecánica, 2019, https://ingemecanica https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn14 .com/tutorialsemanal/tutorialn143.html. 3.html.

ANEXOS

Figura 1.   Transportador helicoidal utilizado para esta práctica

12