Tema 2: Transportadores de Tornillo sin fin. Tornillo de Arquímedes Presentado por: David Castillo Profesor: Fausto Carpentiero Universidad Central de Venezuela Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica Departamento de Diseño Máquinas de Elevación y Trasporte 1

Antecedentes Arquímedes (siglo III A.C) Antiguo Egipto: Regar los campos alejados del Nilo Hispania Romana: Achicar agua de las minas Romanos (Siglo I): Cóclea de Vitruvio 2

Descripción y Aplicaciones Tornillo helicoidal al que un motor-reductor imprime un movimiento rotatorio. Transporte de materiales sólidos –Polvos granulares (Cereales, harinas, cemento, cal, hormigón, barros y materiales semejantes) Puede adoptar diferentes formas –Para el transporte horizontal se suelen emplear "tornillos en canal" que trabajan como máximo con el 45% de su sección no pueden superar pendientes de mas del 25% 3

Descripción y Aplicaciones –Para el transporte oblicuo o vertical se sustituye el canal por un tubo de chapa, de manera que la rosca del tornillo trabaja en toda su sección; se trata entonces de "tornillos entubados". Rendimiento del 50%. Doble velocidad de rotación Son móviles y operan con cualquier ángulo. Ocupan menos espacio. A 45º el rendimiento se reduce en 1/3. A 90º, la reducción es de 2/3. La energía consumida es superior en un 15 a 20% Requiere inversiones inferiores en un 20 a un 25%. Mayor riesgo de quebrar o partir los granos. 4

Funcionamiento 5

Configuración básica 6 A. Tornillo B. Cojinetes Extremos C. Soporte Intermedio para eje. D.Tapa trasera o delantera y soporte de rodamiento. E.Canal F.Brida de Unión G.Boca de Descarga H.Apoyos Intermedios I.Boca de Carga J.Tapa Superior K.Unidad de Accionamiento

Variantes de Tornillo Sin Fin 7 CEMA (Conveyors Equipment Manufacturers Association) Dimensiones y Tolerancias estandarizadas

Partes Fundamentales 1.TORNILLO: Es el elemento principal –Se construyen de acero simple o galvanizado, prescindiendo en lo posible de las hélices fundidas, por su dificultad de ser reparadas, aunque, a veces, para materiales abrasivos, se usen de fundición cementada. –Generalmente, y en particular para el transporte de materiales abrasivos, se suele recubrir el borde exterior de la hélice con una tira de material renovable de alta dureza, como la estelita. –Para el transporte de material alimenticio son de acero inoxidable. 8

Partes Fundamentales Según el sentido de giro, se distinguen: –Paso a la derecha. –Paso a la izquierda. –Paso en ambos sentidos. 9

Partes Fundamentales Según el Tipo de construcción, se distinguen: –Tornillos de paso corto: para inclinaciones de mas de 29º. –Tornillos de paso variable: con paso corto en el extremo de alimentación, regulan automáticamente el paso del material. –Tornillos de espiral cortada: transportar y mezclar cereales, granos y otros materiales ligeros. 10

Partes Fundamentales –Tornillos de cinta: para el transporte de materiales húmedos y pegajosos. –Tornillos de paleta o aspas: son utilizados primordialmente para mezclar materiales tales como morteros y mezclas bituminosas para pavimentos. –Tornillos de doble espira: se utilizan cuando se desea transportar el material a velocidades elevadas y mayor regularidad de caudal. 11

Partes Fundamentales 2.COJINETES EXTREMOS: Formados por soportes de fundición con rodamientos de rodillos cónicos en el lado de empuje y bolas en el opuesto. Montados en los extremos de las cajas. 3.SOPORTE INTERMEDIO PARA EL EJE: Para tornillos con longitudes mayores a 5 m. Previenen que la flexión del eje no sea excesiva. Representan un obstáculo al paso del material, por reducir la sección libre. Obligan a que los espiras sean interrumpidas Es buena norma colocarlos cada 3 metros. Están formados por rodamientos estancos en barcaza de acero maleable. 12

Partes Fundamentales 4.CANAL, TAPAS TRASERA Y DELANTERA: El cuerpo del transportador lo forma un canal de sección rectangular con fondo circular. Puede llevar una cubierta fácilmente desmontable. En sus extremos está cerrado por sus respectivas tapas. Lleva incorporadas las boquillas de carga y descarga. Construida a base de chapa de acero laminado, pudiendo realizarse ejecuciones especiales en acero inoxidable, con banda de goma, con recubrimiento anti-abrasivo y con doble cuerpo para calentar, secar o enfriar materiales. 13

Partes Fundamentales 5.UNIDAD DE ACCIONAMIENTO Formada por un motor-reductor, efectuándose la unión del reductor con el eje de la hélice mediante un acoplamiento. En los de mayor potencia se puede incluir un acoplador hidráulico entre el motor y el reductor de velocidad, para conseguir un arranque suave a plena carga. 14

Propiedades del Material que Afectan al Equipo Abrasividad del material: –Disminuir la superficie de contacto junto con la velocidad de rotación Materiales Corrosivos: –Utilizar componentes de acero inoxidable, aluminio, níquel u otras aleaciones o recubrimientos especiales. Fluibilidad del material: –Alto grado de fluibilidad (materiales a granel) y que tiendan a ser volátiles, Materiales a altas temperaturas: –Tornillos elaborados en acero gris. –Aplicar calor o frío en la carcasa del equipo utilizando camisas. Tamaño de la partícula: –limitado por las dimensiones del tornillo, partículas de grandes tamaños, flujos bifásicos sólidos-líquidos, líquidos-gas, etc. 15

Ventajas y Desventajas Ventajas: –Construcción sencilla. –Limpieza. Total ausencia de polvo. –Poco ruidoso. –Ocupa poco espacio. –La carga y descarga se pueden efectuar en cualquier punto del recorrido. 16

Ventajas y Desventajas Ventajas: –Es capaz de realizar operaciones de diversos procesos tales como: Enfriamiento y calentamiento Mezclado Extracción de fluidos Compactación o aireación Reducción de tamaño de partículas (ruptura de grumos) 17

Ventajas y Desventajas Desventajas: –Requerimiento de grandes potencias, debido al rozamiento del material con el resto de los elementos constructivos del transportador. –Inadecuados para materiales pegajosos. –Pueden ocurrir averías debidas a atascamientos. –Mantenimiento es bastante tedioso 18

Cálculo de Capacidad y Potencia (Targhetta, 1970) Capacidad por vuelta q[m ³] : C 1 : Coeficiente de llenado D: Diámetro del tornillo [m] P: Paso [m] Capacidad Q [m ³/h] N: velocidad de giro [r.p.m] 19

Cálculo de Capacidad y Potencia Coeficiente de llenado C 1 : 20

Cálculo de Capacidad y Potencia Para tornillos inclinados, la capacidad disminuye 2 % por cada grado. Así, por ejemplo, con 15° de inclinación la capacidad es del 70-75%. 45° es la máxima inclinación que debe emplearse. Velocidad de avance lineal del material v[m/s]: –Suele estar entre 0,2 y 0,4 m/s. 21

Cálculo de Capacidad y Potencia Potencia W [C.V.]: T: Flujo másico [T/h] Q: capacidad [m ³/h] H: desnivel [m] L: longitud [m] C 2 : Coeficiente de resistencia al avance γ : Peso específico [T/m ³] Esta potencia es la neta de transporte, no toma en cuenta las pérdidas en los apoyos 22

Cálculo de Capacidad y Potencia Coeficiente de Resistencia al avance C 2 : 23

Velocidad de giro del tornilloN La máxima velocidad de giro a la que puede trabajar un tornillo sin fin depende de la naturaleza del material a transportar y del diámetro total del tornillo (eje+hélice). –para materiales pesados → n ≈ 50 r.p.m. –para materiales ligeros → n < 150 r.p.m. La velocidad de giro de un transportador de tornillo es inversamente proporcional a: –el peso a granel del material a transportar –del grado de abrasividad del material a transportar –diámetro del tornillo. 24

Velocidad de giro del tornilloN En la siguiente tabla se indica la velocidad de giro recomendada para un transportador de tornillo en función de la clase de material y del diámetro del tornillo: 25

Tipos de materiales 26 MaterialDescripciónEjemplo Clase IMateriales pulverulentos, no abrasivos. Peso específico: 0,4 - 0,7 t/m 3 Cebada, trigo, malta, arroz y similares. Harina de trigo y similares. Carbón en polvo. Cal hidratada y pulverizada. Clase IIGranos o pequeños tamaños, mezclados en polvo, no abrasivos, fluyen fácilmente. Peso específico: 0,6 - 0,8 t/m 3. Alumbre en polvo, Haba de soja, Granos de café, cacao y maíz. Carbón de hulla en finos y menudos. Cal hidratada. Clase IIISemi-abrasivos de pequeño tamaño, mezclados con polvos. Peso específico: 0,6 - 1,2 t/m 3. Alumbre en terrones, Bórax, Carbón vegetal, Corcho troceado, Pulpa de papel, Leche en polvo, Sal, Almidón, Azúcar refinada, Jabón pulverizado.

Tipos de materiales 27 MaterialDescripciónEjemplo Clase IVSemi-abrasivos o abrasivos, granulares o pequeños tamaños en mezcla con polvos. Peso específico: 0,8 - 1,6 t/m 3. Bauxita en polvo, Negro de humo, Harina de huesos, Cemento, Arcilla, Azufre, Arena, Polvo de piedra caliza, Azúcar sin refinar, Resinas sintéticas, Óxido de cinc. Clase V Abrasivos, troceados o en polvo. NO es aconsejable utilizar transportadores de tornillo sin fin para esta clase de material. Cenizas, hollines de conductos de humos, cuarzo pulverizado, arena silícea.

Ejemplo de cálculo Se quiere determinar la capacidad y la potencia requerida para un transportador de tornillo sin fin con las siguientes características: 28 Diámetro externo del tornillo D [m]0,095 Paso del tornillo P [m]0,03 Material de trabajoArcilla Velocidad de giro del tornillo N [rpm]30 Longitud del tornillo L [m]3,5 Desnivel H [m]2,75 Peso específico de la arcilla [Ton/m ³ ] 2,60

Ejemplo de cálculo: Coeficiente de llenado C 1 y Resistencia al avance C 2 : Arcilla → C 2 = 4 Capacidad por vuelta q[m ³] : 29

Ejemplo de cálculo: Capacidad Q [m ³/h] Flujo másico T[T/h]: Potencia W [C.V.]: 30

Muchas gracias por su atención 31