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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

ESCUELA SUPERIOR DE TECNOLOGÍA TÉCNICAS EN INGENIERÍA MECÁNICA IV CICLO H-404 2015

*JORGE GAMARRA TOLENTINO

1

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA OBJETIVO: El objetivo principal del proyecto es la elaboración del diseño de una banda transportadora según normas internacionales

2

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA INTRODUCCION:

Las fajas transportadoras se han constituido en el medio más adecuado para transportar materiales al granel principalmente cuando se requieren grandes capacidades de transporte y a lo largo de grandes distancias. El campo de la aplicación de las bandas transportadoras es muy amplio en la industria y su incidencia es los costos de producción es considerable. Como consecuencia de la introducción de las herramientas computacionales en el mundo del diseño, se ha logrado la creación de sistemas mecánicos de una forma mucho más eficiente. De esta forma, se puede analizar el comportamiento que tendrán antes de su fabricación, detectando cualquier anomalía en su funcionamiento, corrigiéndolo y evitando así que estos problemas aparezcan en fases más avanzadas del proceso, donde serían mucho más difíciles y costosos de solucionar. En este contexto, existen diversos programas informáticos dedicados al estudio y diseño de elementos estructurales y mecánicos.

3

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA PROBLEMA: Una faja transportadora debe trasladar material suelto (tierra fina) (1760 kg/m3) con un área de sección transversal de 0,15 m2, siendo la longitud útil de traslado 10 m, si la capacidad de carga deseada es de 260 Tn/Hr. a) Determinar la velocidad en m/s b) Calcular la potencia requerida c) Los rodillos existentes son de 0.20, 0.25, 0.30 y 0.35 de diámetro, seleccione un motor para el sistema. Diseñar una faja transportadora de acuerdo a los datos obtenidos: Solución: a)

q= A × γ

q=0.15 ×1760 q=264 kgf /m

c=3.6 × q × v 260=3.6 × 264 × v

v =0.273 m/s b)

Pot= A × γ × v × L× 9.81

Pot=0.15× 1760× 0.273 ×10 ×9.81 Pot=7070,2632 W

Pot=7070,2632 W ×

1 HP 746 W

Pot=9.47 HP c)

v =w ×r

∅=0.25 m

4

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA 0.273

m =w× 0.125 m s 1 60 s rev w=2.184( ) × × s 1 min π w=20.8556 RPM

Según los resultados se seleccionará el tipo de Motorreductor que se usará para la Faja Transportadora, siguiendo la Tabla 1 (Ver Figura 1)

Figura 1: Selección de Motorreductor

Según la Tabla los datos del Motorreductor son los siguientes: 5

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA 

V =22 RPM



F . S .=2.4



T =29300 lb−¿



Modelo = R137 DV132M4

Como ya se tiene el modelo del Motorreductor ahora se empezará a diseñar la Faja Transportadora, para eso necesitamos los siguientes cálculos: 1) 2) 3) 4) 5)

El número de dientes del Piñón Conductor, Piñón Conducido y sus datos Tipo de Cadena y medidas Diseño del motor según dimensiones Cálculo de Faja y medidas Cálculo rodillos

1) Selección del Número de Dientes (Z) del Piñón conductor a) Se seleccionará de acuerdo a la velocidad y Potencia del Motorreductor V =w=20.8556 RPM ×2 V =41.7112 RPM

Pot=10 HP Según los datos descritos se elige en la siguiente Tabla 2: (Ver Figura 2)

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Figura 2: Selección Numero de Dientes del Piñón Conductor Se requiere las respectivas medidas del Piñón Conductor seleccionado: Como no se encuentra el V =41.7112 RPM 

V =50 RPM



Pot=9.47 HP



Paso=1

se elige el siguiente :

1 4

Según los datos el Piñón Conductor será Z=28 b) Selección de las dimensiones del Piñón Conductor, para una cadena simple, además de la del Piñón Conducido. Según la Tabla 3 (Ver Figura 3):

7

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Figura 3: Selección Dimensiones del Piñón Conductor y Conducido



Piñón Conductor: 8

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Z=28 de 298.7 mm 

dm 127

D1 32

A 51

dm 127

D1 32

A 51

Piñón Conducido:

Z=27 de 288.6 mm 

dp 283.56 mm

dp 273.49 mm

Cálculo de la velocidad del Piñón Conducido: V 1 × Z 1=V 2 ×Z 2 50 ×28=27 ×V 2 V 2=51.85 RPM

2) Selección del Tipo de Cadena y sus dimensiones: a) Según la Tabla 4 (Ver Figura 4) la Cadena se obtiene de acuerdo a los siguientes datos: Pot=7.06 KW

 

V =50 RPM

Cadena seleccionada: Tipo 20B, según la Norma ISO 606 / DIN 8187

9

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Figura 4: Selección del Tipo de Cadena b) Cálculo de las dimensiones de la cadena VELOCIDAD

DE

LA

V=

Pz 1 n1 1000

T=

6120 × W V

CADENA TENSIÓN

LONGITUD

DE

LA

CADENA (mm) APROX.

Z 2−Z 1 6.28 ¿ ¿ ¿2 ¿ Z 1+Z 2 L=2 C+ p+¿ 2

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA DISTANCIA

ENTRE

CENTROS (mm) APROX.

NÚMERO

DE

ESLABONES

L Z 1+ Z 2 − P 2 ¿ ¿ Z 2−Z 1 6.28 ¿ ¿ ¿2 ¿ L Z 1+ Z 2 ( − )−√¿ P 2 C= p ¿ N=

L P

Donde:  W: Potencia a transmitir (KW)  V: Velocidad Lineal de la cadena (m/min)  P: Paso de la cadena (mm)  Z1: Número de dientes de la rueda pequeña  Z2: Número de dientes de la rueda mayor  N1: Número de vueltas de la rueda pequeña (RPM)  N2: Número de vueltas de la rueda mayor (RPM)  T: Tensión de la cadena (kg)  L: Longitud de la cadena (mm)  C: Distancia entre centros (mm)  N: Número de Eslabones b.1)

Velocidad de la Cadena: V=

P=1

Pz 1 n1 1000

1 × {25.4 mm} over {1¿ 4

P=31.75 mm

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA V=

31.75 mm ×27 ×51.85 1000

V =44.44 m/min b.2)

Tensión Ramal Conductor (kg) T=

6120 × W V

Pot=7.06 KW

V =44.44 m/min T=

6120 × 7.06 KW 44.44 m/min

T =972.25 .259 kg

b.3)

Longitud de la Cadena (mm) Aprox. Z 2−Z 1 6.28 ¿ ¿ ¿2 ¿ Z 1+Z 2 L=2 C+ p+¿ 2

La distancia elegida entre centros es: 801 mm, C=801 mm

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA 28−27 6.28 ¿ ¿ ¿2 ¿ 27+28 L=2 ×801+ ×31.75+¿ 2 L=2475.156911 mm

b.4)

Distancia entre Centros (mm) Aprox: L Z 1+ Z 2 − P 2 ¿ ¿ Z 2−Z 1 6.28 ¿ ¿ ¿2 ¿ L Z 1+ Z 2 ( − )−√ ¿ P 2 C= p ¿

2475.156 27+28 − 31.75 2 ¿ ¿ 28−27 6.28 ¿ ¿ ¿2 ¿ 2475.156 27+ 28 ( − )− √ ¿ 31.75 2 C=31.75× ¿ C=800.99 mm

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

b.5)

Número de Eslabones:

N=

L P

L=2475.156911 mm P=31.75 mm

N=

2475.156911 31.75 N=78 eslabones c) Luego de los Cálculos se pasa a diseñar la cadena según la Tabla 5 (Ver Figura 5)

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Figura 5: Dimensiones para el diseño de la Cadena Simple

3) Diseño del Motorreductor Según dimensiones en la siguiente Tabla 6 (Ver

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Figura 6: Selección de las dimensiones del Eje Motorreductor 4) Cálculo de Fajas y dimensiones:

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA Material

Arcilla

Ground Fine) 1760 kg/m 3

ρ

Peso Específico

α

Ángulo Sobrecarga

15 °

β

Ángulo Reposo

35 °

Datos obtenidos según la Tabla 7 (Ver Figura 7)

17

Fina

(Clay

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Figura 7: Selección de Ángulos de acuerdo al Material

Según la figura, se muestra la sección transversal del área de carga, está dividida en dos partes. Una es el área Trapezoidal Sacgf y la otra es el área Triangular Sabc. La suma de ambas es el Área Total de la sección transversal de la carga que se detallan los parámetros geométricos en el gráfico 8 (Ver Basado sobre un análisis hecho por 8 fabricantes, en bastidores acanalados tipo tres- rodillos – iguales, la longitud de la superficie plana del rodillo del centro promedia el ancho de la correa, en pulgadas. 18

0.371× b

, donde b es

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA Además se indica que la distancia plana de la superficie de carga de la cinta encima del rodillo central del bastidor es 1/ 4

más grande que la longitud del rodillo central.

Determinar ancho de Banda “b”, todo los cálculos están expresados en pulgadas, luego serán convertidos a (mm). b=i+2 m+2 c , c=0.055 × b+0.9

4.1

Área del Trapecio (ACGF): Sacgf =

(i+ I ) ×j 2

, b= ancho de faja



j=msin β



i=0.371 ×b+ 0.25



I =i+ 2 f



f =m cos β



Calculando m: 19

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

b=i+2 m+2 c b=0.371× b+0.25+ 2m+2(0.055 × b+0.9)

b=0.371× b+0.25+ 2m+0.11 b+ 1.8 b=0.481 b+2 m+2.05

m=

0.519 b−2.05 2

m=0.2595 b−1.025 

Calculando j: j=msin β j=(0.2595 b−1.025)sin 35 °

j=0.1488 b−0.5879



Calculando f: f =m cos β f =( 0.2595b−1.025)cos 35°

f =0.2125 b−0.8396 

Calculando I: I =i+ 2 f I =0.371 b+0.25+2(0.2125b−0.8396)

I =0.371 b+0.25+0.425 b−1.6792 I =0.796 b−1.4292

Por lo tanto el área del Trapecio será:

20

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA Sacgf =

(i+ I ) ×j 2

Sacgf =

(0.371 b+0.25+ 0.796 b−1.4292) ×(0.1488 b−0.5879) 2

Sacgf =

(1.167 b−1.1792)(0.1488 b−0.5879) 2

Sacgf =

(0.1736 b 2−0.6860 b−0.1754 b+0.6933) 2

Sacgf =

(0.1736 b −0.8614 b−0.6933) 2

2

2

Sacgf =0.0868 b −0.4307 b+0.3466

4.2

Área del Triángulo (ABC): Sabc= 

(I ×h) 2

Calculando h: (h× 2) tan 15 °= I 0.2679=

(h ×2) 0.796 b−1.4292

0.2679(0.796 b−1.4292)=2 h

2 h=0.2132 b−0.3828 h=0.1066 b−0.1914



I =0.796 b−1.4292 Por lo tanto el Área del Triángulo (ABC) será: Sabc=

( 0.796 b−1.4292)×(0.1066 b−0.1914 ) 2

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Sabc=

( 0.0848 b 2−0.1523 b−0.1523 b+0.2735 ) 2 2

Sabc=

( 0.0848 b −0.3046 b+ 0.2735) 2

Sabc=(0.0424 b 2−0.1523 b+0.1367) 4.3

Área Transversal Total:

Stotal=Sacgf + Sabc 2

Sabc=(0.0424 b −0.1523 b+0.1367) Sacgf =0.0868 b2−0.4307 b+0.3466 Stotal=0.0868 b2−0.4307 b+ 0.3466+( 0.0424 b2−0.1523b +0.1367) 2

Stotal=0.1292b −0.5830 b+0.4833 Por dato el área Transversal es

0.15 m2

Convirtiendo a pulgadas: At =0.15 m2 ×

100 2 cm2 1 ¿2 × 1 m2 2.54 2 cm2

At =232.5004 ¿ 2

Stotal=0.1292b 2−0.5830 b+0.4833=232.5004 ¿2 2

Stotal=0.1292b −0.5830 b−232.0171=0 Aplicando Ecuación Cuadrática General: −0.583 ± √(0.583)2−(4 ×0.1292 ×−323.0171) b= 2(0.1292) b=44.6930 ¿2 b=1135,2022 mm 22

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Comprobando que el Área Transversal hallada es correcta: 

I =0.796( 44.6930)−1.4292 I =34.1464∈¿



i=0.371 ×b+ 025 i=0.371 ×44.6930+ 025

i=16.8311∈¿ 

j=0.1488 b−0.5879

j=0.1488× 44.6930−0.5879 j=6.0624∈¿



h=0.1066 b−0.1914 h=0.1066 ×44.6930−0.1914

h=4.5728∈¿



Reemplazando los datos: ( I ×h) Sabc= 2 Sabc=

( 34.1464 ×4.5728) 2

Sabc=78.0723 ¿2



Sacgf =

(i+ I ) ×j 2

Sacgf =

(16.8311+34.1464) × 6.0624 2

Sacgf =154.5229 ¿2 

Stotal=Sabc +Sacgf

23

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA 2

2

Stotal=78.0723 ¿ +154.5229 ¿ Stotal=232.5952¿2 5) Cálculo de Rodillos

Se seleccionarán los rodillos de acuerdo al ancho de Faja obtenido, en este caso el b=1135,2022 mm . La longitud será según CEMA:

LR=0.371× b

LR=0.371×1135.2022 LR=¿ 421.16 mm

a)

Cálculo de los 3 Rodillos iguales (polines) Los rodillos Handling son diseñados de acuerdo a las Normas ISO. Se elige los polines Tipo “S” para servicio liviano y mediano de acuerdo a la Tabla 8 (Ver Figura 8)

24

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA

Figura 8: Selección de los polines

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA b) Ahora se seleccionará las dimensiones de los rodillos iguales (polines) según Tabla 9 (Ver Figura 9)

Figura 9: Selección Dimensiones de los polines Datos obtenidos: Diámetro Polines (mm) Diámetro Eje Tipo Sellado

152.4 mm 20 mm S

c) De acuerdo al material que es Arcilla Fina, según la Tabla 10 (Ver Figura 10) el tipo de Material es Húmedo Abrasivo. Y de acuerdo al ancho de faja seleccionará la distancia entre los Polines. Distancia entre Polines

1100 mm 26

b=44.6930 ¿2 , se

INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA Distancia entre Rodillos de Retorno

3000 mm

Figura 10: Selección de Distancias entre rodillos d) Datos finales Obtenidos:

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INFORME DEL DISEÑO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA ANCHO DE FAJA LONGITUD DE LOS POLINES DIÁMETRO DE POLINES ESPESOR DE POLINES DIÁMETRO DE EJE DE POLINES LUBRICACIÓN CONDICIONES DEL MATERIAL TIPO DE MATERIAL PESO ESPECÍFICO

ANCHO DE FAJA 44 "

1135.2022 mm 421.16 mm 152.4 mm 4.5 mm 20 mm SELLADO HÚMEDO ABRASIVO TIERRA FINA 1760 KG/M3

RELACIÓN DE DISTANCIA ENTRE RODILLOS DISTANCIA DISTANCIA DE RODILLOS DE RODILLOS (POLINES) RETORNO 1100 mm 3000 mm

LONGITUD DE RODILLO DE RETORNO DIÁMETRO DEL EJE DEL MOTOREDUCTOR

1208.2022 mm 90 mm

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