Transportador de Tornillo Sin Fin

Definiciones:: Definiciones Se llaman así a los aparatos que efectúan el desplazamiento del material por un canalón, canaleta o artesa, mediante un tornillo sin fin transportador giratorio. Las hélices o espiras se fabrican de planchas de acero de 4 a 8 mm de espesor, y luego se sueldan al árbol hueco (tubo sch. 40 ó 60); la descarga puede realizarse en cualquier punto a través de los agujeros descargadores de fondo.

Fig. Nº 2.1. Transportador de tornillo sin fin

Definiciones:: Definiciones Se llaman así a los aparatos que efectúan el desplazamiento del material por un canalón, canaleta o artesa, mediante un tornillo sin fin transportador giratorio. Las hélices o espiras se fabrican de planchas de acero de 4 a 8 mm de espesor, y luego se sueldan al árbol hueco (tubo sch. 40 ó 60); la descarga puede realizarse en cualquier punto a través de los agujeros descargadores de fondo.

Fig. Nº 2.1. Transportador de tornillo sin fin

Estos transportadores se emplean para transportar materiales calientes y polvorientos que emanan vapores nocivos, y en general para transportar materiales polvorientos, es fácil hermetizar la canaleta del transportador. No es adecuado para transportar materiales en pedazos muy grandes, abrasivos y pegajosos. La canaleta o artesa se puede fabricar de planchas de acero de 2 a 8 mm. de espesor. La relación entre el paso del gusano y su diámetro se puede tomar:

t  (0.5 a 1.0) D(ecuación 2.1)  Donde: t  Paso del tornillo sin  fin(  mm, pulg)  D  Diámetro del tornillo sin  fin(mm, pulg) Cuando más ligero sea el material a transportar, tanto mayor será el paso. La velocidad de rotación del tornillo depende de la naturaleza de la carga y del diámetro del tornillo, y se toma tanto mayor cuanto menor es el peso a granel, la abrasividad y el diámetro del tornillo. Para materiales pesados, la velocidad de rotación será de 50 RPM aprox. y

para materiales ligeros la velocidad de rotación será alrededor de 150 RPM a 200 RPM. El diámetro del tornillo (D),  depende del tamaño de las partículas a transportar, este diámetro debe ser como mínimo 12 veces mayor que el tamaño de las partículas a transportar del material homogéneo por su grosor y 4 veces mayor que el grosor máximo de los trozos .

La capacidad de un transportador depende de la carga generada por el material transportado por unidad de longitud del elemento transportador y de la velocidad (V); y es independiente de la longitud del transportador

C 

3600  q  V  1000

 3.6  q  V (Ton/h)(ecuación1.1)

 Donde : q  Carga lineal en el transportador (kg/m)  Para un material a granel  suelto en  flujo continuo :

q   A    (kg/m)(ecuación1.2)  Donde :  A   Área de la seleccióntransversal del material transportado  por el transportador (m 2 )    Peso específicodel material (  kg  /  m 3 )

La capacidad del transportador en volumen será:

C '  3.6  q  V (m 3 /h)(ecuación 1.3) Cuando el material es transportado en cangilones (C)  3.6  i    V     (Ton / h) (ecuación1.4) a  

C   

 Donde : i  Capacidad total de un cangilón(litros) a  Espacio entre cangilones (m)    Coeficient e de llenado del cangilón(d esde   0.75 a 0.95)

La capacidad en volumen del elevador de cangilones será:  3.6  i    V  3 (m / h) (ecuación1.5)  a  

C '  

Para piezas en movimiento cargada con un peso G (kg) ; durante una hora de operación del transportador piezas pueden ser transportadas de esta manera.

 3600  V  ( piezas / h) (ecuación 1.6)  a  

   

 Donde : a  espacio entre  piezas cargadas (m)

En este caso la capacidad del transportador se puede calcular así:

G  

 3.6  G  V  (Ton / h) (ecuación 1.7) C     1000 a   Para transportadores de tornillo sin fin, el área de la selección transversal del flujo de material será:

   D 2   A    (m 2 )(ecuación1.8)  4 

   D 2       q (kg / m)(ecuación1.9) 4    Donde :    Coeficient e de llenado de la canleta (  0.15;0.30;0.45)

El material es transportado por la canaleta a una velocidad lineal de:

 S     (m / s) (ecuación1.10) V     60   Donde : S    paso del tornillo(m)    RPM del  gusano transportador 

La capacidad del tornillo transportador se puede calcular así:

C  0.015     D 2    S        C 1 (Ton / h) (ecuación1.11)  Donde : C 1  Coeficient e de inclinación de la canleta (La capacidad del transportador va decayendo a medida que va aumenta do el ángulo de inclinación de la canaleta)  º

0º

10º

20º

C 1

1.0

0.8

0.65

Tabla Nº 6. Coeficiente de inclinación

Fig. Nº2. Gusano transportador

Para evitar el amontonamiento del material en las chumaceras de los soportes coleantes, la sección transversal de la canaleta nunca se llena al 100%, sino en un porcentaje menor, que depende de las características físico-químicas del producto a transportar. HÉLICE

ÁNGULO DE SOPORTE

EJE

RPM

TAPA

CANALETA

Fig. Nº 2.3. Sección transversal de la canaleta

El área de relleno de la sección transversal de la canaleta viene dado por:

S    

   D 2 4

(ecuación 2.2)

 Donde : S    Área de relleno de la canaleta  D  Diámetro del tornillo    Coeficient e de relleno de la sección transversal de la canaleta, se toma menor que 1,  para evitar el amontonamiento del material en los cojinetes intermedio s.

Tipo de carga 

 Pesadas y abrasivas  Pesadas poco abrasivas  Ligeras poco abrasivas  Ligeras no abrasivas

 λ 0.125 0.25 0.32 0.40

Tabla Nº 2.1. Valores de λ según el tipo de carga

Depende del paso del tornillo y de los RPM algunos tornillos transportadores se pueden utilizar también como “Secadores Indirectos”,  adicionándoles una chaqueta externa de vapor, en estos tornillos es muy importante la velocidad de desplazamiento lineal del material a fin de determinar el “tiempo de Residencia” del producto en el secador  –  transportador.

V  

t  n 60

(ecuación 2.3)

 Donde : V   Velocidad de desplazamiento lineal  t   Paso del tornillo Fig. Nº 2.4. Velocidad lineal del material n  RPM del tornillo

La capacidad de transporte de un transportador de tornillo sin fin depende de la sección de relleno, el peso específico del material, la velocidad del transportador y del coeficiente de disminución de la productividad, y viene dada por las siguientes fórmulas.

Q  3600  S     V  k (ecuación 2.4)      D 2    t  n        Q  3600       k (ecuación 2.5) 4     60    

Q  47       t  D 2  k  (Ton/h)(ecuación 2.6)

 Donde :    Coeficient e de relleno de sección de la canaleta  D  Diámetro del tornillo Sin Fin     Peso específico del material a transportar  t   Paso del tornillo Sin Fin n  RPM del tornillo Sin Fin k   Coeficient e de disminución de la  productividad  según el ángulo de inclinación de la canaleta 3600,60, 47  Constantes

Ángulo de in clinación  de la canaleta (º) 

0 5 10 15 20

k  1 0.9 0.8 0.7 0.6

Fig. Nº 2.5. Ángulo de Inclinación de la Canaleta

Tabla Nº 2.2. Valores del Coeficiente de disminución de productividad

Para un transportador de tornillo Sin Fin horizontal viene dado por la siguiente fórmula:

 C 0  Q  L  (kW)(ecuación 2.7)   367 

 N   

Para un transportador de tornillo Sin Fin inclinado, con desplazamiento del material ascendente, la potencia en el eje del tornillo Sin Fin se puede calcular así:

Q  L   Q  H   C 0  (kW)(ecuación 2.8)  367   367

 N   

 Donde : Q  Capacidad del trnasportador (Ton/h)  L  Longitud del transportador(m) C 0  Coeficient e de resistencia  H    Altura de la descarga del transportador (m)

Tipo de carga 

 Harina, aserrín,  productos granulados Turba, sosa, carbón en polvo,  greda en polvo  Antracita, carbón lignitoso secado al aire,  Briquetas de carbón, sal de roca. Yeso, arcilla seca en pedazos, tierra de  fundición, cemento, cenizas, cal, arena

C  o  1.2

1.6

2.5

4.0

Tabla Nº 2.3. Valores del Coeficiente de Resistencia según el tipo de carga

Chute de carga, se fabrican de planchas laminadas y soldadas, es un ducto de sección cuadrada o rectangular por donde ingresa el material al tornillo. Canaleta, se fabrican de planchas laminadas, roladas y soldadas; usualmente se fabrican en módulos de 3 metros de longitud cada uno con la finalidad de ser ensambladas con otras secciones de canaleta mediante bridas empernadas. Hélice del tornillo, se construyen mediante planchas delgadas cortadas y soldadas al eje del tornillo. El paso de la hélice normalmente se toma igual al diámetro del tornillo. La hélice puede ser derecha o izquierda, en algunos casos se pueden colocar cintas metálicas o paletas e vez de hélice, para transportar productos pegajosos, o cuando se quiera secar y mezclar además de transportar, este último caso en los secadores indirectos utilizando chaquetas de vapor.

Eje hueco, se utilizan tubos (sch. 40 ó sch. 60) como eje de los tornillos, sobre estos ejes se sueldan las hélices. Cada tramo de eje es de 3 metros, que se unen con el siguiente tramo mediante los soportes colgantes. Tapa de la canaleta, cierran la parte superior de la canaleta y se construyen de chapa, cada tramo con su respectiva asa, a fin de facilitar su fácil montaje. Soporte colgante, es un dispositivo que se coloca cada 3 metros de eje, y consta de una chumacera partida de bronce o madera (Guayacán) con su respectivo soporte y un tubito con su respectiva grasera a fin de lubricar manualmente las chumaceras. Chute de descarga, se fabrican de planchas laminadas y soldadas, es un ducto de sección cuadrada o rectangular por donde se descarga el material transportado. Soportes de pie, sirven de soporte al transportador, se fabrican de chapas soldadas y reforzadas con nervaduras.

Chumaceras del eje, pueden ser chumaceras de rodamiento de pie o de pared, y se instalan al inicio y al final del tornillo, se montan sobre las placas terminales. Bridas de la canaleta, se utilizan para unir cada tramo de la canaleta, y se fabrican de platinas soldadas a la canaleta éstas bridas se unen mediante pernos, si es necesario también se puede colocar una empaquetadura de jebe. Motorreductor, generalmente se utiliza un motorreductor trifásico, montado en la zona de descarga del transportador de tornillo sin fin. Transmisión por cadenas de rodillos, es el tipo de transmisión generalmente usado para mover el eje del transportador; en el eje del motorreductor se monta un piñón (sprocket) para cadena, y en el eje del gusano se instala una catalina, con la finalidad de garantizar una relación de transmisión constante.

Placas terminales, se fabrican de planchas delgadas y se instalan al inicio y al fina l de la canaleta, con la finalidad de cerrar axialmente la canaleta, tienen un agujero en la parte central con la finalidad de permitir el pase del eje del tornillo Sin Fin. Ángulos de soporte de la canaleta, se colocan a ambos lados de la parte superior externa de la canaleta, con la finalidad de dar rigidez al cuerpo del transportador; en algunos casos estos perfiles estructurales pueden llevar agujeros para empernar la tapa superior.

El transportador de tornillo Sin Fin puede ser de tornillo de rosca derecha (dextrógira); o de rosca izquierda (levógira) A veces, una parte o sección es dextrógira y la otra parte es levógira. Se construyen desde 4 pulgadas (10 cm) de diámetro, hasta 24 pulgadas ( 61 cm) de diámetro de la hélice. Si el material a transportar es activamente abrasivo o corrosivo, como por ejemplo las cenizas húmedas; la hélice y la canaleta se pueden fabricar por fundición. Comúnmente, el transportador de tornillo Sin Fin es horizontal, pero puede ser ligeramente inclinado. El diámetro de la hélice determina el tamaño de las partículas que el transportador puede manipular sin peligro de estropearse o atorarse. La siguiente tabla puede servir de orientación sobre el tamaño de las partículas que el gusano puede transportar en función al diámetro del tornillo Sin Fin.

Diám et ro d e l a Hé lic e  D(pu lg) (cm ) 

C o 

4” Ø (10 cm Ø)

6

6” Ø (15 cm Ø)

13

10” Ø (25.5 cm Ø)

19

14” Ø (35.5 cm Ø)

32

18” Ø (45.7 cm Ø)

5

24” Ø (61 cm Ø)

63

Tabla Nº 2.4. Tamaño de las partículas en función al diámetro del tornillo Sin Fin

Si las partículas forman solamente el 25% del total, entonces puede doblarse el tamaño de los mismos, es decir un transportador de 14 ”Ø podría manipular materiales que contengan partículas de hasta 63 mm. Si el material es pegajoso, por ejemplo alquitrán o asfalto caliente, podría utilizarse una hélice tipo cinta.

Una importante empresa norteamericana, Link Belt, tiene un interesante método para diseñar transportadores de tornillo Sin Fin, y consiste en asignar a cada clase de material un determinado “Factor  de material (F)”; de la siguiente manera: Materiales de clase “a”: Materiales no abrasivos, finos y ligeros y que corren libremente y que tienen un peso específico entre  480 kg/m3 y 64 kg/m3, tienen un factor de material (F=0.4) Aplicables a materiales como: cebada, carbón pulverizado, harina de maíz, harina de borujo de algodón, semillas de lino, harina de trigo, cal pulverizada, malta, arroz, trigo. Materiales de clase “b”: Materiales no abrasivos, de densidad media, granulares o en pequeños terrones mezclados con finos y de 800 kg/m3  de peso específico; factor de material (F=0.6) Aplicable a materiales tales como: alumbre fino, habas de soya, carbón de hulla (finos y menudos); granos de cacao, granos de café, maíz desgranado, sémola de maíz, gelatina granular, laminillas de grafito, cal hidratada.

Materiales de clase “c”: Materiales no abrasivos o semiabrasivos, granulares o en pequeños terrones mezclados con finos y de 640 kg/m3 a 1200 kg/m3  de peso específico. Factor de material (F=1.0) Aplicable a materiales como: alumbre en terrones, bórax, carbón vegetal, carbón de hulla clasificado, carbón de lignito, cacao, corcho molido, cenizas volantes limpias, cal sin desmenuzar, leche en polvo, pulpa de papel, sal gruesa o fina, lodo de desagües, jabón pulverizado, carbonato sódico anhidro, almidón, azúcar refinada. Materiales de clase “d”: Materiales semiabrasivos o abrasivos, finos, granulares o en pequeños terrones mezclados con finos y de 800 kg/m3 a 1 600 kg/m3 de peso específico. Los factores de materiales son variables tal como se indica.

Materiales 

F actor (F ) 

 Bauxita  Negro de humo Greda  Espatofluror  Óxidos de plomo Caliza en polvo

1.8

 Arena seca  Pizarra triturada  Azufre

2.0

1.6 1.4 2.0 1.0 1.6

1.6 1.6

Materiales 

 Harina de huesos Cemento  Arcilla Yeso triturado Cal de guijarros  Fosfato de ácido de calcio con 7% de húmedo  Esquisto triturado  Azúcar en bruto Óxido de zinc

Tabla Nº 2.5. Factores de Materiales de clase “d”

F actor (F)  1.8 1.0 2.0 1.6 1.3 1.4

1.8 1.8 1.6

Materiales de clase “e”: Materiales abrasivos, en terrones o filamentosos, que no deben ponerse en contacto con los cojnetes. En este caso puede que otros tipos de transportadores sean los más adecuados. Los factores de material son variables tal como se indica: Materiales 

Cenizas Cuarzo pulverizado  Arena Silícea

F actor (F )  4.0 2.0 2.0

Tabla Nº 2.6. Factores de Materiales de clase “e”

Potencia en el eje del tornillo Sin Fin La potencia en el eje del tornillo Sin Fin se puede calcular por la siguiente fórmula:

CV  

C  L  W  F  4500

(ecuación 2.9)

 Donde : 3 C   Capacidad del transportador ( m min )

 L  Longitud del tornillo Sin Fin (m) W   Peso específico del materialo transportador ( kg  3  ) m  F   Factor de material  Si la longitud del transportador excediese los 30 metros (100 pies); debe añadirse del 10% al 15% al resultado anterior.

Potencia del motorreductor de accionamiento Si la potencia en el eje del tornillo Sin Fin sale menos que 2 CV para calcular la potencia del motorreductor, multiplicar el resultado anterior por 2. Si la potencia en el eje del tornillo Sin Fin sale menor que 4 CV  para calcular la potencia del motorreductor se debe multiplicar el resultado anterior por 1.5 Si el transportador de tornillo Sin Fin se carga por gravedad desde un silo o una tolva, debe agregarse de ½ CV  a 1 CV   al resultado anterior.