TORNILLO SIN FIN

Operaciones Unitarias IManejo de Sólidos

GENERALIDADES El tornillo sinfín es uno de los aparatos

mas antiguos para transportar materiales que conoce la humanidad, el diseño original data desde hace mas de 2000 años. Desde que el transportador de tornillo sinfín apareció su uso se enfoco en instalaciones para regadío, transporte de granos, polvos finos y otros materiales al granel.(1)

PRINCIPIO Un volumen del material es cargado en el

punto “A” de entrada una artesa y a medida que el sinfín gira el material avanza linealmente hacia el punto “B”.

DEFINICIÓN Desde el punto de vista conceptual el sinfín es

considerado una rueda dentada de un solo diente que ha sido tallado helicoidalmente (en forma de hélice). Este operador ha sido diseñado para la transmisión de movimientos giratorios, por lo que siempre trabaja unido a otro engranaje.(2)

ELEMENTOS DE UN TORNILLO SINFIN

CLASIFICACIÓN Los transportadores de tornillo sinfín se

clasifican según el paso en:

Transportadores de paso estándarTransportadores de paso cortoTransportadores de paso medioTransportadores de paso largoTransportadores de paso variable

CLASIFICACIÓN Los transportadores de tornillo sinfín también

se clasifican según el tipo o forma de helicoide en:

Transportadores de espiras estándaresTransportadores de espiras recortadasTransportadores de espiras recortadas y dobladasTransportadores de cintaTransportadores de espiras con paletasTransportadores de paletas

Según el paso

Transportadores de paso estándar Estos transportadores tienen un paso igual al

diámetro, se utilizan para todas las aplicaciones comunes de transporte continuo de materiales a granel.

Según el paso

Transportadores de paso corto Estos son de construcción regular (estándar)

excepto que el paso de los helicoidales esta reducido a 2/3 del diámetro del sinfín.

Según el paso

Transportadores de paso medio Son similares a los de paso corto excepto que el

paso es reducido a ½ del diámetro del sinfín.

Según el pasoTransportadores de paso largo En este caso es 1-1/2 veces el diámetro y

son usados para agitar materiales fluidos o para mover materiales de flujo muy libre.

Según el pasoTransportadores de paso variable Estos constan de helicoidales sencillos en

grupos que incrementan el paso.

Según el tipo o forma de helicoideTransportadores de espiras estándares Tienen espiras completas y solidas y se los

denominan estándares.

Según el tipo o forma de helicoide

Transportadores de espiras recortadas En este caso en el borde exterior de las expiras

es recortada una sección a intervalos regulares permitiendo una acción adicional de mezcla y agitación en transito del material que se transporta.

Según el tipo o forma de helicoideTransportadores de espiras recortadas y

dobladas Las secciones recortadas no son extraídas de

los espirales, sino que son dobladas a 90° hacia el lado de giro del transportador.

Según el tipo o forma de helicoideTransportadores de cinta Estos son excelentes para transportar

materiales pegajosos y viscosos. El espacio abierto entre el borde interior del espiral y el tubo, evita la acumulación del material conducido.

Según el tipo o forma de helicoideTransportadores de espiras con paletas.

Son transportadores helicoidales estándar pero llevan paletas ajustables unidas al tubo y distribuidas siguiendo un trayectoria helicoidal opuesta a la del sinfín.

Según el tipo o forma de helicoide Transportadores de paletas.

Solo están formados de paletas ajustables unidas al tubo y distribuidas siguiendo una trayectoria helicoidal cuyo paso es como se requiera.

VENTAJAS Y DESVENTAJASVentajas:Son compactosFácil instalaciónSoportes y apoyos simplesFácil hermeticidadVarias zonas de carga y descarga.Altas temperaturas.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Desventajas:No grandes tamañosMateriales no frágiles o delicadosMateriales no abrasivosMayores requerimientos de potenciaContaminación del materialVolumen de material bajoDistancia de hasta 50 m.

APLICACIONES

Los transportadores de tornillo sinfín pueden operar sobre un plano horizontal e inclinado, con múltiples entradas y salidas; con ellos se moviliza una amplia gama de materiales que tienen tendencia a fluir tales como granos, polvos, pellets e incluso algunos líquidos.

Transportador de tornillo sinfín horizontal.

Transportador de tornillo sinfín inclinado.

CALCULOS

Para el diseño de los transportadores de tornillos sinfín se deben tener en cuenta ciertos parámetros como son: material a transportar, capacidad requerida, configuración del transportador, paso del sinfín y tipo de acción adicional del sinfín.(1)

De la yuca amarga se conoce que: =720kg/m3=44.95Lb/ft3

1) según la norma CEMA (Asociación

americana de Constructores de Equipos para manejo de materiales), se tiene que las características del material a transportar son las siguientes:Material Peso

(Lb/pie3)CódigoCEMA

Rodamiento

Intermedio

SerieCompone

nte

FactorMaterial

(Fm)

% de carga

Yuca Amarga

45 B6-35P L-S 1 0.6 30A

2) Se lee el respectivo código CEMA (Tabla 2) para conocer las características del material a transportar en cuanto a su tamaño, fluidez, abrasividad y otras características.

Obteniéndose los siguientes resultados

Material Tamaño Fluidez Abrasividad Propiedades misceláneas o

peligrosas

Yuca Amarga Fino Promedio Media Contaminable- afecta uso

3)Se selecciona el tipo de rodamiento intermedio recomendado cuando se requiere utilizar colgantes a lo largo del trayecto del transportador sinfín. Tabla 13 (Selección de buje para colgantes).

Grupo de buje

Tipo de buje Material recomendad

o

Max. Temp. de

Operación recomendad

a

Fb

L Bronce Estándar 300 ºF 1.7

S Bronce grafito

Estándar 500 ºF 2.0

1000 Kg/h: 49.34 ft3/h

4) CAPACIDAD REQUERIDA Se calcula la capacidad requerida del sinfín, teniendo

en cuenta la solicitada. Para el cual se está manejando un flujo másico de 1

Ton/h, el cual corresponde a la yuca amarga, dividendo entre la densidad del mismo obtenemos el flujo volumétrico:

5) CONFIGURACION DEL TRANSPORTADOR

Desde la tolva de alimentación hasta los

depósitos:

Sinfín paso estándarSinfín paso cortoSinfín paso largo

7) PASO DEL SINFÍN Se escoge el paso del sinfín, como estándar

debido a que se utiliza para todas las aplicaciones comunes de transporte continuo de materiales a granel. Por medio de la tabla 4 se obteniéndose el factor de capacidad CF1.

Factor de Capacidad del Transportador con Paso Especial (Fp)

Paso Descripción FpEstándar Paso = Ds 1.00

Corto Paso = 2/3 Ds 1.5

Largo Paso = 1 1/2 Ds 0.67

8) Se escoge el tipo de hélice o helicoide y por medio de la Tabla 5 se obtiene el factor de capacidad CF2.

Helicoides para solo transportar; espiras

estándar. Como el helicoide de espiras estándar no se encuentra especificado en la tabla se toma el valor de CF2 igual 1.00.

9) Se halla la capacidad real (CS) del material a transportar:

Donde:CF1= Paso del helicoidal.CF2= Tipo del helicoidal.

Factor de Capacidad del Transportador con Paso Especial (Fp)

Paso Descripción

CF1 CF2 CS= Creq*CF1*CF2

Estándar Paso = Ds 1.0 1.0 49.34 ft3/h

Corto Paso = 2/3 Ds

1.5 1.0 74.01 ft3/h

Largo Paso = 1 1/2 Ds

0.67 1.0 33,06 ft3/h

10) Conociendo la capacidad real del material a transportar y el porcentaje de carga de la artesa, se encuentra el diámetro del sinfín según la Tabla 7.

Carga de la Artesa

Diámetro del Sinfín

(in)

Capacidad en pie3/h(paso estándar)

Máxima rpm recomendad

asA 1 rpm A máx. rpm

30%A 4 0,41 53 130

N= (49,34 ft3/h/0,41 ft3/h)*1 rpm = 120 rpm

11) Una vez obtenida la capacidad real del material, para transportadores de tornillo sinfín con helicoides que tengan espirales de paso estándar, la velocidad puede ser calculada de la siguiente manera:

12) TIPO DE ACCIÓN ADICIONAL DEL SINFÍN

Conociendo el diámetro del sinfín se busca en las Tablas 8, 9 y 10, según sea el grupo de componentes recomendados para el material; de estas tablas se obtienen las características del transportador.

Diámetro del Sinfín

(in)

Diámetro del eje

(in)

Código del Sinfín

Espesor

Volado Seccional

Artesa Cubierta

4 1 24S712 Calibre 14

Calibre 14

13) LONGITUD TOTAL DEL SINFÍN Según la configuración del diseño se necesita

conocer las dimensiones de los depósitos en donde se va a trasladar el material desde la tolva de alimentación, para así determinar la longitud total del sinfín (Longitud del sinfín Inclinado).

14) Con las dimensiones de los depósitos y la configuración se obtiene la longitud total.

15) CALCULO DE LA POTENCIA DEL SINFIN Los siguientes factores determinan el requisito de potencia de un transportador de

tornillo Sinfín que opera bajo estas condiciones: CS = Capacidad real en pie3/h.et = Factor de eficiencia de la transmisión.Fb = Factor de rodamiento intermedio.Fd = Factor de diámetro del Sinfín.Ff = Factor de helicoidal del Sinfín.Fm = Factor de Material.Fo = Factor de sobrecarga.L = Longitud Total del Sinfín (pie).N = Velocidad (rpm).W = Densidad del material (Lb/pie3).HPf = Potencia para operar en vacio (Hp).HPm = Potencia para mover el material en plano horizontal (Hp).HPlift = Potencia para mover el material en plano inclinado (Hp).H = Altura de inclinación (pies).HP = Potencia total (Hp).

Los requisitos de potencia Hp son la suma total de la potencia necesaria para superar la fricción (HPf) de los componentes transportadores y potencia requerida para transportar el material (HPm) multiplicado por el factor de sobrecarga de potencia (Fo) y dividido por el factor de eficiencia de la transmisión seleccionada (et):

Se halla la potencia para operar en vacio:

HPf=12*1.7*4.92*120/1.000.000= 0,015 HP

Se busca en la Tabla 14 el factor del diámetro del sinfín.

Ahora se busca en la Tabla 13 el factor de rodamiento intermedio igual a 1.7. Luego se reemplaza en la ecuación y se obtiene:

Diámetro del Sinfín (in)

Factor (Fd)

4 12

HPm=(1.0)*(4.92)*(0.6)*(44.95 lb/ft3)*(49.34 ft3)/1.000.000= 0,0066 HP

Ahora se calcula la potencia requerida para transportar el material (HPm):

Ff = 1.00, factor de potencia de acuerdo al tipo de helicoide y el porcentaje de carga del sinfín. Tabla 15

Se calcula la potencia necesaria para levantar el material hasta la altura de 25.08m o 82,3 pies con una inclinación de 27º, de la siguiente manera:

Ahora se calcula la potencia requerida por el transportador (HP):

El et es igual a 0.88; esto es transmisión de Sinfín o montada en eje con transmisión de banda V. Tabla 17. Reemplazando tenemos que:

Por último se calcula el costo y el gasto de energía para un semestre de uso del transporte de tornillo sinfín. Para esto se convierte la potencia de Hp a Kw, así:

BIBLIOGRAFIA1) Pino Salazar Eduardo, tesis de grado, software para el diseño de

transportadores de tornillo sinfín, espol, guayaquil ecuador 2005. 2)http://www.iesmarenostrum.com/departamentos/tecnologia/

mecaneso/mecanica_basica/operadores/ope_sinfin.html