Estudio y Diseño de Elevador de Cangilones

ESTUDIO Y DISEÑO DE ELEVADOR DE CANGILONES PLANTA CEMENTOS POLPAICO

INDICE GENERAL

INTRODUCCION... 1

OBJETIVOS……… 3

CAPITULO I: FABRICACION DEL CEMENTO 1.1. Conceptos………. 5

1.2. Extracción y molienda de la materia prima……….. 7

1.2.1. Materias primas………. 7

1.2.1.1. Pizarra………. 7

1.2.1.2. Caliza……….. 7

1.2.1.3. Sílice……… 8

1.2.1.4. Hematita………. 8

1.2.2. Tratamiento de las materias primas………. 8

1.2.3. Dosificación………... 10

1.2.4. Molienda de las materias primas……….. 10

1.3. Producción del clínker………. 11

1.3.1. Homogenización……….. 11

1.3.2. Almacenamiento de crudo……….. 12

1.3.3. Clinkerización……… 12

1.3.4. Enfriamiento del clínker……….. 14

1.3.5. Almacenamiento del clínker……….. 14

1.4. Molienda de cemento………. 14

1.5. Almacenamiento de cemento……… 17

CAPITULO II: COMPONENTES Y CLASIFICACION DE UN ELEVADOR DE CANGILONES

2.1. Elevador de cangilones………... ... 19

2.2. Partes principales del elevador de cangilones………. 20

2.2.1. Cangilones………. 20

2.2.2. Elemento sin fin………. 21

2.2.2.1 Bandas……….. 21 2.2.2.2. Cadenas……….. 22 2.2.3. Fijación atornilladota……… 25 2.2.4. Conectores de cadena……… 26 2.2.5. Sistema motriz………. 27 2.2.6. Sección cabeza……… 28 2.2.7. Estructura………. 29 2.2.8. Bota o pie……….. 29

2.3. Clasificación de los elevadores de cangilones……… 30

2.3.1. Según el tipo de carga……… 30

2.3.1.1. Directamente desde la tolva……… 30

2.3.1.2. Por dragado……….. 31

2.3.2. Según el tipo de descarga………. 32

2.3.2.1. Centrífuga………... ……. 32

2.3.2.2. Gravedad o continua………. ……. 34

2.3.2.3. Positiva……… ……. 35

2.3.3. Según su elemento sin fin………. 36

2.3.3.1. Elevadores de correa……… ……. 36

2.3.3.2. Elevadores de cadena………. 37

3.1.3. Cálculo de la cadena………. 42

3.1.3.1. Selección de la cadena………. 43

3.1.3.2. Cantidad de ramales……….. 43

3.1.4. Cálculo de la carga de trabajo ejercida en la cadena……….. 44

3.1.5. Cálculo del torque……….. 48

3.1.6. Cálculo de las revoluciones de la rueda motriz………. 49

3.1.7. Cálculo de la potencia necesaria………. 49

3.1.8. Cálculo para la selección del reductor de velocidad…………. 50

3.1.9. Cálculo del eje motriz………. 52

3.1.9.1. Cálculo de las reacciones……….. 54

3.1.9.2. Momento flector……… 56

3.1.9.3. Determinación de los esfuerzos cortantes………….. 57

3.1.9.4. Cálculo del diámetro del eje motriz……….. 60

3.1.10. Cálculo de rodamientos y selección de soportes……… 61

CAPITULO IV: MONTAJE Y MANTENIMIENTO EN ELEVADORES DE CANGILONES 4.1. Montaje………. 65

4.1.1. Montaje de la cadena……… 65

4.1.2. Montaje de los cangilones……… 66

4.2. Puesta en marcha del elevador……….. 69

4.3. Averías y perturbaciones en elevadores de cangilones……….. 73

4.4. Mantenimiento y cuidados posteriores……… 77

4.4.1. Comprobación de desgaste de la cadena………. 77

4.4.2. Comprobación de desgaste de las ruedas……… 77

4.4.3. Lubricación………. 78

CAPITULO V: COSTOS ASOCIADOS AL MANTENIMIENTO

5.1. Tipo de elevador……….. 85

5.2. Características y datos de servicio del elevador………. 85

5.3. Reporte del equipo………... 85

5.4. Cotización de servicio de mantenimiento………. 87

CONCLUSIONES... 89

BIBLIOGRAFIA………. 91

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1: Bolas de acero utilizadas en los molinos Figura 1.2: Efecto tipo catarata

Figura 1.3: Efecto tipo cascada Figura 1.4: Molino de bolas Figura 2.1: Cangilón o capacho

Figura 2.2: Transmisión mediante bandas

Figura 2.3: Grafico de desarrollo de la dureza en cadenas Figura 2.4: Profundidad de temple

Figura 2.5: Fijación atornilladora Figura 2.6: Conector de cadena

Figura 2.7: Representación de un conector Figura 2.8: Recepción de carga desde una tolva Figura 2.9: Carga mediante dragado

Figura 2.10: Descarga centrifuga Figura 2.11: Descarga continua

Figura 2.12: Elevador de descarga positiva Figura 2.13: Cadena de rodillos

Figura 3.1: Tensiones situadas en la rueda motriz Figura 3.2: Eje motriz

Figura 3.3: Diagrama de cuerpo libre eje motriz Figura 3.4: Diagrama de momento flector numero 1 Figura 3.5: Diagrama de momento flector numero 2

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.1: Características de los compuestos del clínker Tabla 1.2: Óxidos existentes en las materias primas Tabla 1.3: Reacciones producidas en la materia prima

Tabla 2.1: Medidas y pesos de conectores según catalogo Pewag Tabla 3.1: Velocidades recomendadas

Tabla 3.2: Factores de servicio

Tabla 3.3: Valores de los coeficientes de choque y fatiga Tabla 4.1: Información técnica de sujeción a cangilones Tabla 4.2: Verificación de mantenimiento preventivo

INTRODUCCION

A través de la historia, el ser humano se ha visto en la necesidad de crear elementos que le permitan trabajar y vivir de forma más cómoda. Esta necesidad lo ha llevado a desarrollar una serie de herramientas, equipos y maquinarias acorde con sus requerimientos, siendo el principal objetivo lograr que estos elementos sean cada vez más perfectos, simples y útiles.

Aproximadamente el 75% de las operaciones que se realizan en la producción de cemento son el transporte de materias primas y de producto terminado.

Entre los objetivos de éste trabajo está la realización de un análisis a fondo de un sistema de transporte tan específico y poco conocido como son los elevadores de cangilones, para así de alguna manera masificar su conocimiento, se deben comprender las características de los distintos tipos de elevadores existentes, lograr un alto porcentaje de asertividad en el diagnostico de fallas, llevando a cabo las respectivas soluciones y por supuesto ejecutando un correcto mantenimiento.

Se debe agregar como meta importante el conocimiento acabado del diseño y selección de componentes de un elevador de cangilones para así obtener un conocimiento óptimo para ejercer de buena manera en el área de sistemas de transporte, específicamente en el diseño, operación y mantenimiento de los elevadores.

Este trabajo de titulo comprende el desarrollo de un estudio a fondo del elevador de cangilones, siendo éste quizás uno de los sistemas de transporte menos conocido, pero a la vez uno de los equipos más críticos al interior de una planta

Los elevadores de cangilones aparentemente simples en su funcionamiento, requieren de una atención especial a través de inspecciones por parte del personal que lo opera y el personal a cargo de su mantenimiento, ya que su capacidad de transporte puede ser óptima si se lleva a cabo un correcto monitoreo del elevador.

Este trabajo de título esta conformado por cinco capítulos secuenciados, permitiendo en el primer capítulo comprender todo el proceso del cemento realizado en la planta. Luego en los capítulos posteriores se realiza una clasificación y descripción de los componentes principales, para luego enfocarnos en el diseño de un elevador especifico de la planta, como es el que alimenta a la máquina ensacadora, para finalmente analizar el tipo de mantenimiento realizado y los costos asociados a éste.

OBJETIVOS

GENERAL

Realizar un análisis extendido del funcionamiento y del rol que cumplen los elevadores de cangilones al interior de una planta cementera, con el objetivo de dar a conocer y masificar el conocimiento sobre un sistema de transporte tan específico como el elevador de cangilones, para con esto ejercer de mejor manera en su operación, diseño y mantenimiento.

ESPECIFICOS

• Comprender las características y distinguir entre los distintos tipos de elevadores de cangilones.

• Obtener un conocimiento acabado del diseño y selección de componentes de un elevador de cangilones.

• Lograr una completa asertividad en el diagnostico de fallas, llevando a cabo las soluciones que correspondan y ejecutando un correcto mantenimiento.

• Obtener un conocimiento óptimo para ejercer de buena manera en el área de sistemas de transporte, específicamente en el diseño, operación y mantenimiento de los elevadores.

1.1. CONCEPTOS

Cemento: El cemento es una sustancia pulverizada que mezclada con el agua, está en condiciones de endurecer ya sea en el aire, como debajo del agua. La piedra de cemento en vía de formación presenta resistencias elevadas y no se disuelve en el agua, (según la norma chilena Nch 148 0f68).

Entre los tipos de cementos a mencionar tenemos en primer lugar a los cementos portland, ya que estos ocupan el primer lugar en la producción mundial y porque son la base de la fabricación de los otros conglomerantes llamados cementos con adiciones, en segundo lugar tenemos el cemento de tipo especial.

Cemento Portland: Es un cemento con un alto grado de resistencia que se obtiene por la molienda conjunta de clínquer, puzolana y yeso (Nch 148 0f68).

Características:

• Mayor finura de molienda que el cemento Polpaico Especial.

• Producto que entrega altas resistencias iniciales y finales.

• Endurecimiento rápido, que permite construcciones en menor tiempo.

Cemento Especial: Es un cemento puzolanico grado corriente que se fabrica por la molienda conjunta de clínker, yeso y puzolana volcánica (Nch 148 0f68).

Características:

• Es muy adecuado para obras en ambientes agresivos.

• Garantiza la resistencia y durabilidad en el tiempo.

Compuestos del

Clínquer Fraguado Contribución Resistencia Calor de Hidratación Estabilidad Química C3S (50%) Rápido Alta (Poca

Edad) Alto Buena

C2S (25%)

Lento

Alta (Mayor

Edad) Regular Muy Buena

C3A (5-12%) _{Muy Rápido} Poco Muy Alto Mala

C4AF (8-15%) _Lento Muy Poca Bajo Buena

Tabla 1.1 Características de los compuestos del clínker. Silicato Tricálcico (3 CaO. SiO2), designado como C3S.

Silicato bicálcico (2 CaO. SiO2), designado como C2S. Aluminato tricálcico (3 CaO. Al2O3), designado como C3A.

Ferroaluminato tetracálcico (4 CaO. Al2O3. Fe2O3), designado como C4AF.

• C3S: Desarrolla la resistencia inicial del Cemento

• C2S: Contribuye a aumentar las resistencias a largo plazo

• C3A: Compuesto que posee el fraguado más rápido y el calor de hidratación más elevado

• C4AF: Este compuesto no tiene incidencia en las resistencias.

En la fabricación de cementos se distinguen tres etapas:

• Extracción y molienda de la materia prima.

• Producción del clínquer.

La molienda puede ser de clínquer más un pequeño porcentaje de yeso, en el caso de producir cemento portland, o bien, molienda de clínquer más una adición de escoria de alto horno y yeso, en el caso de producir cementos con adiciones.

1.2. EXTRACCION Y MOLIENDA DE LA MATERIA PRIMA 1.2.1. Materias primas

Las materias primas deben contener principalmente óxidos de calcio y de silicio y, en proporciones menores, óxidos de aluminio y de fierro Además, los óxidos deben estar en proporciones adecuadas.

Los óxidos de silicio, de aluminio y de fierro se pueden obtener de las arcillas o de otros materiales que los contienen, tales como las escorias de altos hornos.

1.2.1.1. Pizarra

Se les llama "pizarra" a las arcillas constituidas principalmente por óxidos de silicio de un 45 a 65%, por óxidos de aluminio de 10 a 15%, por óxidos de fierro de 6 a 12% y por cantidades variables de óxido de calcio de 4 a 10%. Es también la principal fuente de álcalis. La pizarra representa aproximadamente un 15% de la materia prima que formará el clínker.

1.2.1.2. Caliza

Se encuentra en las capas superficiales de muchos cerros y montañas, en depósitos de profundidad variable, Los hay de más de 200 metros. Para la fabricación de cemento se sacan volúmenes muy grandes porque la caliza representa el 80% de las materias primas que forman el clínker. Por eso conviene

1.2.1.3. Sílice

Eventualmente se agregan arenas sílicas que contienen de 75% a 90% de sílice, para obtener el óxido de silicio requerido en la mezcla cruda.

1.2.1.4. Hematita

La hematita contiene entre 75 y 90% de óxido férrico. Con estos minerales se controla el contenido de óxido férrico de la mezcla. La hematita constituye entre el 1 y 2% de la mezcla cruda.

Calcáreos (Caliza) CaO óxido de calcio “cal” Arcilla (escoria de alto

horno)

SiO2 óxido de silicio ‘sílice” A12O3 óxido de aluminio “alúmina’ Fe2O3 óxido de fierro

SiO2 óxido de silicio Otros (correctores de

dosificación)

A12O3 óxido de aluminio Fe2O3 óxido de fierro

Tabla 1.2 Óxidos existentes en las materias primas

1.2.2. Tratamiento de las materias primas

Dependiendo de la naturaleza de las materias primas y de condiciones en que llegan a la planta de cemento, pueden sufrir uno o varios tratamientos primarios, como:

• Cribado.

• Trituración

• Prehomogeneización.

El cribado tiene por objeto separar los trozos de mayor tamaño que puedan entorpecer el funcionamiento de los equipos.

En el caso de la escoria de alto horno, en este tratamiento se separan las partículas grandes, a veces contaminadas con fierro metálico.

La trituración de las materias primas se realiza con el fin de que el molino sea alimentado de manera óptima, de manera que es preciso triturar las grandes rocas resultantes de las voladuras hechas para la obtención de esta. Se subdivide en trituración primaria y trituración secundaria, siempre con un adecuado colector de polvos.

La prehomogeneización se lleva a cabo mediante un sistema especial de almacenamiento y recuperación de los materiales triturados, de tal forma que el material resultante sea uniforme en distribución de tamaño y composición química.

De los patios de prehomogeneización los minerales son transportados por medio de sistemas de bandas, y descargados a tolvas, las cuales alimentan a los poidómetros para dosificar los materiales.

Los poidómetros son mecanismos que tienen una banda giratoria bajo la cual hay una báscula electrónica. Si cae poco material, la velocidad de la banda aumenta y viceversa.

El secado tiene por objeto reducir la cantidad de agua que tiene las materias primas a límites compatibles con la buena marcha de los equipos.

La concentración de carbonato se realiza cuando los materiales calcáreos son de bajo contenido de carbonato. Se emplean sistemas de flotación que permiten

1.2.3. Dosificación

La dosificación depende de la composición química de las materias primas, tratándose esta composición de los porcentajes de óxidos mencionados anteriormente que contienen estas materias primas para lo cual es necesario realizar continuamente análisis químicos que permitan dosificar con la mayor exactitud posible.

Calizas + Arcillas + Correctores ---> Tº --->Clínquer % % óxidos % óxidos

Por lo tanto para dosificar un crudo será necesario tener en consideración lo siguiente:

• Definir el tipo de clínquer que se desea obtener.

• Conocer las características y cantidades de los otros materiales que se pueden agregar en el proceso, tales como polvos recuperados y cenizas.

1.2.4. Molienda de las materias primas

La molienda de las materias primas se realiza con el fin de reducir estas a lo mas mínimo para facilitar así la reacción química de los distintos materiales en el horno, proceso conocido comúnmente como clinquerización. Luego en los molinos se realiza un muestreo a cada hora, se verifica la composición química mediante análisis por rayos x, y con tamices predefinidos y estandarizados se comprueba la finura del polvo. Al mismo tiempo se obtiene el mezclado de los distintos materiales.

El resultado del análisis indica si es preciso ajustar la dosificación y la finura, ya que la mezcla cruda necesariamente debe conservar cierta relación entre los

Se lleva un estricto control químico, además, las partículas de caliza no deben ser mayores de 125 micras para garantizar una operación normal del horno si la mezcla de polvo crudo no fuera uniforme, la operación del horno sería inestable y tendería a enfriarse o a calentarse demasiado, lo que obligaría a ajustar la velocidad o el flujo de combustible.

1.3 PRODUCCION DEL CLINKER 1.3.1. Homogeneización

La fabricación del clínker comienza con la homogenización. El producto de la molienda se lleva a un silo homogeneizador, donde un sistema neumático mezcla el material para mejorar su uniformidad y lo deposita en los silos de almacenamiento.

La operación de homogeneización, al usar el sistema de vía húmeda, se hace en estanques agitadores mecánicos.

Se distinguen tres métodos para realizar las etapas de mezcla, homogenización y conducción de la mezcla al horno: Vía húmeda, vía semi-húmeda y vía seca.

En el método de fabricación por vía húmeda se requiere agua, para dispersar y suspender en ellas las partículas de cada materia prima separadamente.

En el método por vía semi-húmeda se realizan las etapas de dosificación y homogenización con partículas muy finas y secas, empleando corrientes de aire para la movilización y mezcla. Una vez alcanzada la homogenización se agrega agua hasta llegar a la humedad del 12%.

1.3.2. Almacenamiento de crudo

En la industria del cemento, la máquina más delicada y más cara es el horno. Su trabajo a alta temperatura y su revestimiento refractario obliga a una operación continua, debido a los serios riesgos que se corren en cada detención.

Es por ese motivo que se debe disponer de los silos de almacenamiento de crudo, para asegurar una continuidad en el funcionamiento del horno.

1.3.3. Clinquerización

Es en esta etapa en donde se produce el verdadero proceso de transformación, los materiales homogeneizados se calientan en el horno, hasta llegar a la temperatura de fusión incipiente (1400 a 1500°C). Para calcinar los materiales se pueden utilizar hornos verticales u hornos rotatorios, siendo estos últimos los más usados. Los hornos verticales tienden a desaparecer, ya que son más difíciles de operar y, por tanto, la calidad del clínquer no es tan homogénea.

Los hornos rotatorios son tubos de acero revestidos interiormente por ladrillos refractarios, montados sobre polines, con una inclinación de 3 a 5 %, accionados por motores que les permiten girar a una velocidad circunferencial promedio de 10 metros por minuto. Su diámetro y longitud dependen de la capacidad para la cual fueron diseñados y pueden tener diámetros de 2 a 6 metros y longitudes de 60 a 200 metros.

Rango de Tº en ºC Tipo de reacción Calentamiento

20 – 100 Evaporación del agua libre 100 – 300 Perdida del agua absorbida

400 – 900 Eliminación del H2O y grupos OH de los minerales de arcilla

500

Cambio estructural en los minerales silicatos

600 – 900

Disociación de los carbonatos (CO2 es liberado)

800 Formación de belita, aluminatos y ferritas 1250 Formación de la base liquida (aluminatos

y ferritas) 1450

Reacciones finales y recristalización de alitas y belitas

Enfriamiento

1300 – 1240 Cristalización de la fase liquida,

principalmente en aluminatos y ferritas

Tabla 1.3 Reacciones producidas en la materia prima.

1.3.4. Enfriamiento del clínquer

A la salida del horno el enfriamiento del clínquer se hace con aire que pasa a través de sistemas de parrilla móvil, o bien, a través de tubos planetarios que giran

El clínquer debe permanecer en canchas techadas durante algún tiempo, para que llegue frío al molino.

El almacenamiento debe hacerse en lugares libres de contaminación y sin contacto con el agua, ya que se puede producir una hidratación parcial de los compuestos.

1.4. MOLIENDA DE CEMENTO

En la molienda de cemento, el clínker se lo muele en conjunto con materiales aditivos, tales como el yeso y la puzolana en proporciones definidas para obtener como resultado final el cemento. Esta molienda consiste en reducir este conjunto de materiales a polvo fino inferior a 150 micrones, debido a la finura que se trabaja en los molinos de cemento, esta parte del proceso es la de mayor consumo energético específico en la planta.

Molinos de bolas son utilizados para esta aplicación. Pueden estar constituidos por una o dos cámaras separadas por un mamparo central. En cada una de las cámaras se encuentran las cargas de bolas (grandes para la primera cámara, entre 60 y 90mm; medianas y pequeñas para la segunda cámara, entre 15 y 60mm) que rotan con el movimiento del molino generado por el sistema de accionamiento.

Las bolas grandes crean el efecto catarata, el material de alimentación es triturado básicamente por impacto en la primera cámara, mientras que las bolas pequeñas y medianas en la segunda cámara crean el efecto cascada, en este caso los cuerpos moledores trabajan con fuerzas de fricción para realizar la molienda.

Figura 1.2 Tipo catarata Figura 1.3 Tipo cascada

Los molinos pueden ser de circuito abierto o circuito cerrado. En los molinos de circuito abierto el material entra por un extremo del molino y sale terminado por el otro extremo.

Los molinos de circuito cerrado cuentan con separadores. En este caso, los materiales entran por un extremo del molino y salen por el otro hacia los separadores, los cuales tienen por objeto separar las partículas finas, y enviarlas como producto terminado, mientras que las partículas gruesas son devueltas al molino.

1.5. ALMACENAMIENTO DE CEMENTO

Una vez terminada la fabricación del cemento le siguen dos etapas, la de almacenado y su posterior envasado y despacho.

El almacenado se realiza en silos de hormigón. Estos silos tienen equipos auxiliares adecuados para mantener el cemento en agitación y así evitar la separación por decantación de los granos gruesos o la aglomeración. En ellos, el cemento puede permanecer por varios meses sin que se afecte su calidad.

1.6. ENVASADO Y DESPACHO

Para el envase y despacho de cemento existen máquinas envasadoras automáticas con sistemas aplicadores automáticos, obteniendo un rendimiento mayor y un ambiente libre de polvo. El cemento es despachado desde la planta ya sea en sacos de papel de 42.5 kilogramos o a granel.

Las bolsas de papel deben cumplir con ciertos requisitos de resistencia e impermeabilidad. Se fabrican con un mínimo de tres pliegos para despachos normales y un máximo de seis pliegos para transporte marítimo.

Desde los silos, el cemento es extraído neumática y mecánicamente por aerodeslizadores y por elevadores para ser llevados a una tolva; luego pasarán por una zaranda para la eliminación de cualquier objeto no deseado o tamaño no deseado del grano, así el cemento es ensacado y todo el polvo generado va hacia los filtros de mangas.

Los sacos son transportados por bandas hacia las paletizadoras automáticas y montacargas llevan los pallets de sacos de cemento a su lugar de almacenamiento.

CAPITULO 2. COMPONENTES Y CLASIFICACION DE UN ELEVADOR DE CANGILONES

2.1. ELEVADOR DE CANGILONES

Los elevadores de cangilones son altas estructuras metálicas en forma de cajón, dentro de los cuales se encuentran varios cangilones que son una especie de recipientes en donde se aloja el material a transportar unidos entre sí por cadenas grandes o bandas dependiendo del tipo. La función de estos es la de recibir el material en la parte baja para “elevarla” a una altura establecida, en donde posteriormente verterán el material y retornaran vacíos para así continuar con el flujo del proceso.

Un elevador de cangilones constituye el medio mas económico en el transporte vertical de materiales a granel, y su uso hoy no solo se limita al transporte de cereales tales como el arroz o el trigo como lo fue en un principio sino que se ha extendido a materiales tales como el algodón, arena, cal, carbón y obviamente siendo primordial su uso en plantas cementeras.

Es sumamente importante elegir el tipo apropiado de elevador según el requerimiento específico y la aplicación. Esta selección depende de las características del material a transportar, si es grumoso, fino, abrasivo o no abrasivo y si estará a altas temperaturas o no.

Actualmente los elevadores de cangilones están totalmente aceptados en la mayoría de las plantas nacionales, su sencillo diseño y funcionamiento son las ventajas que hacen de este un equipo muy cotizado en las industrias cementeras, asi como también en las plantas procesadoras de alimentos y la minería.

2.2. PARTES PRINCIPALES DEL ELEVADOR DE CANGILONES 2.2.1. Cangilones o capachos

Son los recipientes en donde se aloja el cemento transportado. Estos recipientes pueden ser fabricados de una gran variedad de materiales dependiendo del material a transportar. En el caso del cemento son construidos de planchas de acero soldadas y con bordes reforzados si es necesario, siendo estos de fundación maleable o de polímeros.

Los capachos pueden ser del tipo sin refuerzo del borde, con refuerzo del borde frontal o con refuerzo de tres bordes.

Los que comúnmente son soldados de chapa de acero son apropiados para material de transporte pesado, de naturaleza pulverulenta hasta grano grueso, como por ejemplo arena, carbón, grava, cemento. En el caso de que el material a transportar sea grano fino y del tipo no abrasivo, además de condiciones de trabajo ligeras estos cangilones también pueden ser fabricados de materia sintética (polyamid con aditamentos).

2.2.2 . Elemento sin fin

Este es el componente que lleva los cangilones llenos desde la bota o parte inferior del elevador a la cabeza de éste. También conocido como el elemento sin fin del equipo el cual puede ser del tipo banda o cadenas, trabajando las bandas con tambores y las cadenas con ruedas dentadas. Su uso dependerá del tipo de aplicación.

Este elemento sin fin cumple la doble función de ser el sistema de transmisión de la potencia y la de ser el lugar en donde se fijaran los cangilones.

2.2.2.1. Bandas

La banda estándar se provee de pernos fuertes con la habilidad de soportar y resistir a estiramientos. Es también resistente al aceite, desgaste, y tiene una cubierta especial que resiste las cargas estáticas.

2.2.2.2. Cadenas

Para asegurar una marcha regular de la cadena sobre las ruedas motrices, los ramales de cadenas son fabricados con una tolerancia de medida muy estrecha.

Debido al desgaste que se produce en las cadenas es que se recurre al tratamiento térmico de templado por cementación teniendo en cuenta las condiciones de trabajo para alcanzar una duración satisfactoria incluso en condiciones de trabajo difíciles. Las cadenas templadas pueden ser utilizadas hasta una temperatura de servicio de unos 200º C sin que se reduzca la dureza superficial.

Los sistemas de cadenas se desarrollan en base a una serie de ensayos realizados por el fabricante dando paso asi a un mercado con estándares más altos y competitivos.

Las cadenas presentan una alta resistencia a la ruptura y una resistencia a la fractura debido a la excelente tenacidad de su núcleo.

A pesar de que los fabricantes han aumentado la profundidad de la cementacion en las cadenas generalmente disminuye la resistencia a la ruptura, las cadenas se distinguen por combinar una resistencia muy elevada al desgaste, con tenacidad y resistencia a ruptura poco comunes. Estas son características que permiten la operación segura de por ejemplo un elevador de cangilones de alto rendimiento.

También las cadenas disponen de una resistencia a la fatiga, que contribuye decisivamente a evitar las rupturas por fatiga durante la operación. Las resistencia de las cadenas esta ajustada a la de los componentes de acuerdo a la tensión del funcionamiento.

La utilización de aceros especiales permite fabricar cadenas y accesorios con un temple profundo el cual posee una dureza superficial de por lo menos 750 HV 30, obteniendo una alta estabilidad dinámica.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Por lo general las cadenas transportadoras poseen una profundidad de temple de E14 = 0.14d, junto con ruedas dentadas y ajustables facilitan incluso en caso de material abrasivo una larga duración de servicio.

Figura 2.4 Profundidad del temple

Por lo tanto aquí se tiene una profundidad de endurecimiento del 14% del diámetro del eslabón o simplemente como se menciono anteriormente un 0,14d.

2.2.3. Fijación atornilladora.

Una fijación atornillada cumple la función de unir el cangilon a la cadena, esta se compone de dos mordazas de apriete, de un perno hexagonal interior, de una tuerca de seguridad y de dos tuercas hexagonales. Este tipo de fijación atornillada es el más usado y más ventajoso ya que se usa para la fijación de cangilones en ramales de cadenas largos, no produciendo puntos débiles en el lazo de cadena, además utilizable ya sea para ruedas dentadas o lisas. Su calidad de material corresponde a un forjado en estampa mejorado.

Su montaje es muy simple, se introducen las mordazas de apriete sobre el ramal de cadena tensado, luego se apreta el perno con la tuerca hexagonal preferiblemente con una llave dinamométrica para dar con el par de apriete adecuado.

Todas las partes llevan un revestimiento protector contra la corrosión. Al ir libre la cabeza hexagonal del tornillo posibilita el desmontaje de las mordazas de apriete, incluso si están fuertemente corroídos.

2.2.4. Conectores de cadena

La función de estos conectores es juntar los ramales individuales y cerrar los lazos de cadena. Los conectores pueden ser montados como eslabones horizontales o verticales. Su montaje es fácil debido a su seguro por el manguito de sujeción.

Su calidad de material corresponde a un forjado en estampa y trabajados a precisión.

Figura 2.6 Conector de cadena

Código Diámetro d Paso t Ancho interior b1 Ancho exterior b2 Peso kg/pza VHV 14x50 14 50 16 45 0.25 VHV 16x64 16 64 20 53 0.40 VHV 19x75 19 75 22 63 0.60 VHV 22x86 22 86 26 73 1.00 VHV 26x100 26 100 31 84 1.50 VHV 30x120 30 120 36 99 2.55 VHV 34x136 34 136 41 112 3.70

Tabla 2.1 Medidas y pesos de conectores según catalogo Pewag.

2.2.5. Sistema motriz

El componente principal del sistema motriz es el motor eléctrico, usualmente proveído para usarlo como recurso de potencia para el elevador, además de ser el encargado de generar el movimiento al sistema. Generalmente está ubicado en la parte superior del Elevador. Entre los elementos que pertenecen al sistema motriz tenemos al motor, reductor, ejes, tambor motriz en el caso de que el elemento sin fin utilizado se trate correas o cinta y rueda motriz en el caso de que se utilicen cadenas.

Además tenemos la polea y correa en V, usadas entre el motor y el reductor para proveer la velocidad adecuada de operación en el elevador.

2.2.6. Sección cabeza

La cabeza es el componente localizado en la parte superior del elevador. Consiste de una caja de acero que soporta la transmisión, rueda motriz, ya sea dentada o lisa, motor y la transmisión reductora.

En la cabeza del elevador se ubica un ventilador que se provee para el escape del aire que puede entrar al elevador a través del distribuidor. Los ventiladores en la cabeza son estándar y son instalados comúnmente en la fábrica. Los elevadores pueden tener puerta de inspección en vez de ventiladores en la cabeza si son requeridos.

Otro elemento es el dispositivo de desfogue ubicado también en la parte superior, montado en la cubierta de la cabeza. Este dispositivo esta diseñado a soltarse bruscamente si hubiese una explosión dentro de la caja del elevador, reduciendo así los daños a este. Este dispositivo es opcional.

2.2.7. Estructura

La estructura es la parte del elevador conocida también como caja o envoltura, esta parte es manufacturada en secciones. Forma la estructura para soportar la cabeza, la plataforma de servicio, escalera, jaula, etc. Provee protección contra el polvo e impermeabilidad contra el agua para la banda o cadena del elevador y cangilones. La caja puede ser diseño simple o doble. La puerta de servicio es una sección de la caja con paneles removibles para permitir acceso para el mantenimiento a la banda/cadena y cangilones.

Esta estructura esta fabricada con perfiles de acero recubierta generalmente con planchas de acero de aproximadamente 5 mm de espesor. Generalmente esta estructura, para facilitar el montaje, se subdivide en módulos con una altura aproximada de 3 metros, esto dependiendo de la altura completa del elevador, los que posteriormente se apernarán para formar una gran estructura soportadora.

2.2.8. Bota o pie

La bota o pie es el componente inferior del elevador. Recibe el material para ser elevado. Se compone de tambor o rueda conducida, soportes de rodamientos y eje conducido. El tensor esta localizado normalmente en la bota, y es usado para guiar la banda o correa y tensar la cadena.

2.3. CLASIFICACION DE LOS ELEVADORES DE CANGILONES

Los elevadores de cangilones se pueden clasificar según el material que se va a transportar, por como van montados los cangilones sobre el elemento sin fin y por el tipo de elemento sin fin que ocupa.

Su clasificación es la siguiente:

2.3.1. Según el tipo de carga

2.3.1.1. Directamente desde la tolva

Los cangilones reciben el material desde una tolva, cayendo a estos directamente por gravedad.

Se emplean para el transporte de materiales constituidos por pedazos grandes y del tipo abrasivos. La velocidad de desplazamiento del órgano de tracción es baja.

2.3.1.2. Por dragado

Los cangilones se cargan parcialmente actuando como brazo de arrastre desde el fondo, el resto del cangilón se llena en forma directa.

Se emplean para el transporte de materiales que no ofrecen resistencia a la extracción, pulvurulentos y de granulación fina.

2.3.2. Según el tipo de descarga 2.3.2.1. Centrifuga

Como su nombre lo indica la descarga del cangilón se efectúa por fuerza centrífuga al momento de girar la correa o cadena sobre el tambor de mando. Esto quiere decir que es solo el efecto de la inercia en un movimiento circular lo que produce la descarga, no es causada por la interacción de otro cuerpo físico.

Los Elevadores de descarga centrífuga están diseñados especialmente para materiales de escurrimiento, ya sea de flujo libre, fino y terrones pequeños.

Las velocidades pueden ser relativamente altas para materiales bastantes densos, pero se debe reducir para materiales esponjosos y polvorosos, con el fin de evitar que se origine un tiro hacia arriba que arrastre el material. Las altas velocidades garantizan la descarga del material por acción de la fuerza centrífuga.

Su punto de alimentación es considerablemente más bajo que el de descarga por gravedad, disminuyendo el tamaño del conjunto de pié y por ende, el costo del equipo.

Cabe señalar que la descarga centrífuga se practica con elevadores de cinta y de cadena, entre las características de este tipo de elevadores tenemos las siguientes:

• Los cangilones van montados en una o varias filas según su diseño.

• La carga se efectúa normalmente por dragado del material depositado en la parte inferior del transportador.

• La distancia de separación entre cangilones es de dos a tres veces la altura del cangilón. Su separación es para evitar la interferencia de carga o descarga.

• Es el tipo de elevador mas usado en la industria

• Grandes velocidades de desplazamiento (entre 1.2 a 1.4 m/seg.).

• Se los utiliza para capacidades pequeñas de hasta 50 ton/h por ser los menos costosos.

2.3.2.2. Gravedad o continua

El elevador de cangilones del tipo de descarga por gravedad o continua suele utilizarse para materiales mas difíciles de manejar. Los cangilones están instalados en forma continua y con muy poco espaciamiento entre ellos, y la descarga se efectúa por gravedad, utilizando la parte inferior del cangilón precedente como tolva de descarga. La carga se realiza directamente desde tolva (no por dragado).

Se dan casos en que este tipo de elevadores funcionan en un plano inclinado, para mejorar las condiciones de carga y descarga.

Las velocidades de operación son bajas y debido a las cargas pesadas, la cadena que soporta a los cangilones va habitualmente sobre vías en las corridas de elevación y regreso.

Entre sus características podemos señalar las siguientes:

• Bajas velocidades de desplazamiento (0.5 y 1.0 m/s)

• El conjunto motriz es más grande que el de descarga centrifuga, debido a que opera a una velocidad menor.

• Se aprovecha el propio peso del material para la descarga del mismo.

• Transportan materiales frágiles, muy húmedos o de alta granulometría.

Figura 2.11 Descarga continua o por gravedad.

2.3.2.3. Positiva

Los elevadores de cangilones espaciados y de descarga positiva son

esencialmente iguales a los anteriores, con la diferencia de que los cangilones están montados en los extremos con dos cordones o torones de cadena.

Se los utiliza para materiales livianos y aireados. La velocidad de estas unidades es relativamente baja, la cantidad de cangilones es grande al tener un espaciamiento estrecho para alcanzar los niveles de capacidad de los elevadores de tipo centrífugo.

2.3.3. Según su elemento sin fin 2.3.3.1. Elevadores de correa

Los Elevadores con elemento sin fin de correa, se ocupan preferentemente para transportar cereales. Se debe evitar el uso de correas cuando se desea transportar un material que posea puntas corno algunas piedras y que no posea un grado de humedad muy elevado, ya que si el agua llega a mojar la cara de la correa que contacta con el tambor, disminuirá la fricción, produciéndose el consiguiente deslizamiento de la correa sobre el tambor.

Uno de los factores importantes en este tipo de elevadores es el alineamiento de la correa, ya que una falta de alineación de esta provocaría problemas tales como rotura de correa, arrancamiento de cangilones y daños estructurales en el elevador.

Las causas de desalineación de correa más comunes en un sistema de elevación son:

• Uniones de correa fuera de escuadra.

• Fijación de cangilones fuera de escuadra.

• Carga del elevador descentralizada.

La doble conicidad de tambores de mando puede ser un auxiliar importante en la alineación de la correa, pero podrá ser utilizada solamente en aquellos casos donde el cangilón lo permita.

2.3.3.2. Elevadores de cadena

Los Elevadores con elemento sin fin de cadena son aconsejables de utilizar en condiciones extremas de trabajo, como es el caso de transporte de material a altas temperaturas o de gran tonelaje.

Estos Elevadores pueden poseer una cadena central o dos cadenas laterales dependiendo de la solicitación.

Las cadenas se clasifican en dos tipos:

2.3.3.2.1. Cadenas comunes

Unidas entre sí sólo por eslabones. Son construidas principalmente de aceros y se acoplan a ruedas dentadas o a poleas lisas con acanaladuras transmitiendo la potencia por acción de la fuerza de roce.

En este tipo de transmisión es común ver fabricadas las cadenas con aceros cementados. En calidad normal pueden resistir cargas de rotura de hasta 6.000 kp/cm2.

2.3.3.2.2. Cadenas de rodillos

Son las cadenas más comúnmente utilizadas en los Elevadores de capachos, clasificándose en cadenas para transmisión y cadenas para transportadores. El movimiento se transmite a través de ruedas dentadas, las que no admiten deslizamiento y con ello garantizan el alineamiento entre la cadena y el capacho.

3.1. PASOS PARA EL CORRECTO DISEÑO DE UN ELEVADOR DE CANGILONES

Lo primero que debemos determinar es el tipo de elevador. Debido a que el material a transportar es cemento, la carga de este se realizara en una combinación de dragado y directamente desde la tolva, comúnmente llamada como carga mixta, tal y como son todos los elevadores existentes en la planta, ya que el cemento resulta fácil dragarlo debido a lo fino que resulta, mientras que su descarga será centrifuga.

Otro punto importante en determinar es el tipo de transmisión, debido a la abrasividad que presenta el cemento se ocupa transmisión por cadena, ya que estas son capaces de soportar condiciones adversas de trabajo y la transmisión por cinta o banda son menos resistentes y mas vulnerables en condiciones extremas.

Los cálculos de diseño aplicados a continuación corresponden al elevador que mantiene el llenado constante de la maquina envasadora Haver en la sección paletizado de la planta.

Lo primero en tomar en cuenta en la parte de cálculos es la capacidad del elevador, la cual dependerá exclusivamente de la cantidad de sacos producidos, en la planta nunca se superan los 15.000 sacos diarios de producción, por lo tanto, sabiendo que los sacos pesan 42,5 kilogramos tenemos:

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

3.1.1. Determinación de la capacidad del elevador de cangilones

Para calcular la capacidad Q del elevador en toneladas/hora recurrimos a la siguiente fórmula: Pc Cc Vc Q=3600∗ ∗γ ∗

[ ]

[ ]

γ _{: Densidad del cemento (ver anexo 4)}

[ ]

[ ]

Pc : Paso de cangilón

[ ]

La velocidad de la cadena variará según el tipo de descarga que posea el elevador (tabla 3.1), mientras que la distancia entre cangilones o paso de cangilón variara según la capacidad que queramos obtener, siendo la mas idónea para el caso un paso de 0,4

[ ]

Tipo de descarga Velocidad recomendada en m/s

Centrifuga 1,10 – 1,45

Continua 0,60 – 0,80

Respecto a la capacidad del cangilón obtenida de catalogo del tipo

B 315x200x3 M 70/5699 DIN 15234 con un peso de 5,09 kilogramos y una capacidad de 5,8 litros.

[ ]

Luego reemplazando en ecuación 3.1 tenemos:

4 , 0 0058 , 0 5 , 1 2 , 1 3600∗ ∗ ∗ = Q

[ ]

Como la capacidad que se requería era de 80 toneladas/hora, entonces la distancia entre cangilones que se estableció se ajusta con lo requerido, así también la velocidad de la cadena.

3.1.2. Selección de la rueda motriz

Las ruedas seleccionadas tanto la rueda motriz como la de reenvío (conducida) corresponden a ruedas lisas del tipo UR de diámetro primitivo Dp = 513, del tipo doble, ya que estas son las que proporcionan la mayor estabilidad en la cadena y cangilones.

Rueda de:

Dp: 513 mm

Para cadena de diámetro igual a 13 mm Peso : 40 Kg.

3.1.3. Calculo de la cadena

Lo primero en calcular es la longitud que tendrá la cadena, recurriendo a la siguiente formula:

(

) (

)

[ ]

Lec : Longitud entre centros

[ ]

Dmr : Desarrollo medio de ruedas

[ ]

[ ]

Desarrollo medio rueda conducida:

[ ]

Por lo tanto reemplazando en ecuación 3.2

(

) (

)

=

Lc

[ ]

3.1.3.1. Selección de la cadena

Una vez calculada la longitud de la cadena se procede a la selección del tipo de cadena, tomando en cuenta parámetros como la altura del elevador, la velocidad de transporte, el tipo de material y al tipo de carga que ésta será sometida.

De acuerdo a lo mencionado se selecciona una cadena del tipo DS G40 E14 (Ver anexos 7 y 8).

3.1.3.2. Cantidad de ramales

Una vez seleccionado el tipo de cadena calculamos la cantidad de ramales que necesitaremos ya que la correcta forma de pedido es por ramales.

ne p Lr= ∗ Ecuación 3.3 Donde: Lr : Longitud ramal

[ ]

[ ]

[ ]

3.1.4. Cálculo de la carga de trabajo ejercida en la cadena

Para determinar la carga de trabajo ejercida en la cadena se debe saber que fuerza está actuando en ella.

T1 T2

Figura 3.1 Tensiones situadas en la rueda motriz

La fuerza que debe resistir la cadena es la tensión de carga que se sitúa en el ramal mas cargado (T1), es decir el ramal o lado de la cadena que lleva los cangilones llenos de cemento.

Obtenemos T1 y T2 con las siguientes fórmulas:

(

)

[ ]

(

)

[ ]

Donde:

1

T : Tensión de carga en el ramal más pesado 2

T : Tensión de carga en el ramal liviano

d : Distancia entre ejes

[ ]

[

]

[

]

[

]

Comenzamos por calcular el peso del cemento p :

Pc Cc

p= 1000∗γ ∗

[

]

γ : Densidad del cemento

[ ]

[ ]

[ ]

Reemplazando en ecuación 3.6 tenemos:

4 , 0 0058 , 0 5 , 1 1000∗ ∗ = p 75 , 21 = p

[

]

Luego calculando el peso de los capachos tenemos que:

n w

c= ∗

[

]

Donde:

w : Peso del cangilón (ver anexo 5) = 5,09

[ ]

= = 4 , 0 1 1 Pc 2,5 Reemplazando en ecuación 3.7: 5 , 2 09 , 5 ∗ = c 725 , 12 = c

[

]

Ya obtenidos todos los datos, finalmente reemplazamos en ecuación 3.4:

(

)

[ ]

De acuerdo a la selección de la cadena según catalogo, corregimos T1 en la ecuación 3.4 agregándole el peso propio de la cadena (a).

3 , 5

=

Reemplazando nuevamente en ecuación 3.4 tenemos:

(

)

[ ]

Ya obtenida la tensión de carga en el lado mas pesado de la cadena (T1), calculamos el lado mas liviano (T2), reemplazando en la ecuación 3.5:

(

)

[ ]

Debido a que en las cadenas influyen diferentes factores que afectan al normal funcionamiento del equipo se aplica en pequeño factor de seguridad al ramal mas pesado (T1), siendo factores conocidos tales como la fuerza de roce o la fuerza centrifuga, influyendo en un mayor grado esta ultima debido a que el elevador posee una descarga centrifuga.

Multiplicando T1 por un factor de seguridad (z) obtenemos:

1 . 1 = z

[ ]

[ ]

3.1.5. Calculo del torque

Determinamos el torque multiplicando la fuerza tangencial, la cual

obtenemos de la ecuación 3.9 a partir de la diferencia de cargas entre el ramal más pesado y el liviano por el radio de rueda seleccionada.

[

]

r : Radio de la rueda motriz

[ ]

1 T T

ft= −

[ ]

Entonces reemplazando en ecuación 3.9:

[ ]

[ ]

[

]

Luego reemplazando en ecuación 3.8 tenemos:

[ ]

[ ]

[

]

3.1.6. Calculo de las revoluciones de la rueda motriz.

Los datos necesarios para calcular las rpm (revoluciones por minuto) de la rueda son los siguientes:

dr Vc N ∗ ∗ = π 60

[ ]

[ ]

dr : Diámetro de la rueda (Anexo 6)

[ ]

Reemplazando en ecuación 3.10 513 , 0 60 2 , 1 ∗ ∗ = π N 675 , 44 = N

[ ]

3.1.7. Cálculo de la potencia necesaria

Calculamos la potencia de acuerdo a datos obtenidos anteriormente, tales como el torque (T) y las revoluciones por minuto (N) con la siguiente fórmula:

71620 N T

Entonces reemplazando en ecuación 3.11: 71620 675 , 44 1485 , 6269 ∗ = P 87 , 2 = P

[ ]

[ ]

Una vez calculada la potencia que requerirá el equipo, seleccionamos el tipo de motor a utilizar, el cual será un motor asíncrono trifásico de cuatro polos con rotor de jaula de ardilla de 4 kw de potencia, siendo este el tipo más utilizado al interior de la industria (anexo 9).

3.1.8. Calculo para la selección del reductor de velocidad

Ya calculada la potencia necesaria y seleccionado el motor seguimos con la selección del reductor de velocidad.

s e n n i = Ecuación 3.12 Donde: = e

n Velocidad angular de entrada del motor

[ ]

=

s

n Velocidad angular de salida del eje

[ ]

Ya obtenida la relación de trasmisión, calculamos la potencia corregida de entrada. Fs P P_e = _r ∗ Ecuación 3.13 Donde: = r P Potencia requerida

[ ]

Motores eléctricos Motores diesel 8 – 10 horas 24 horas 8 - 10 horas 24 horas

Uniforme 1 1.25 1.25 1.50

Semi-pesado 1.25 1.50 1.50 1.75

Pesado 1.50 1.75 7.75 2

Tabla 3.2 Factores de servicio

Debido a que los elevadores de cangilones presentan una condición de trabajo uniforme y que la cantidad de horas superan las diez, nuestro factor de servicio es de 1.25. Reemplazando en ecuación 3.13:

[ ]

[ ]

Una vez ya obtenida la relación de transmisión y la potencia corregida de entrada seleccionamos el reductor de velocidad, tomando en cuenta además como parámetro principal la velocidad de salida del reductor, que es la que necesitamos para nuestro sistema.

El reductor seleccionado corresponde al tipo BOX110 con una relación de transmisión de 1:30 y una velocidad angular de salida de 46,7

[ ]

3.1.9. Calculo del eje motriz

El eje o árbol es el elemento destinado a que las ruedas puedan girar libremente, además de ser el encargado de transmitir la potencia, estando sometido en la mayoría de los casos a esfuerzos combinados como lo son el de torsión que es el que se produce al transmitir el torque y el de flexión debido a las cargas radiales.

Es así como los ejes en general quedan expuestos a esfuerzos de fatiga, especialmente en flexión, poniendo así énfasis en realizar un correcto cálculo del diámetro del eje tomando en cuenta cada una de las variables.

Los diámetros normalizados para el correcto dimensionamiento de ejes son los siguientes:

10; 12; 15; 17; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; etc., aumentando de 20 en 20 mm hasta 500 mm cuando sobre ellos se deban montar rodamientos.

En relación al calculo de nuestro eje motriz tenemos que esta apoyado en los descansos 1 y 2, situándose en estos puntos las reacciones R1 y R2, agregándose el peso K que representa a la rueda motriz, la cadena, cangilones y accesorios y M representando el peso del moto reductor.

Por lo tanto de acuerdo a lo anterior tenemos que:

Rm T T K = 1+ 2+

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

Por lo tanto de acuerdo a ecuación 3.12 tenemos que:

8862 , 626 = K

[ ]

[ ]

1 2 M

Figura 3.2 Eje motriz

3.1.9.1. Calculo de las reacciones.

Tal como lo muestra la figura 3.2, en los puntos 1 y 2 tenemos las reacciones R1 y R2, las cuales calcularemos a continuación de acuerdo al diagrama de cuerpo libre (figura 3.3).

De acuerdo a los conocimientos adquiridos sabemos que siendo este un sistema en equilibrio las sumatorias de momentos y de fuerzas serán igual a cero.

Figura 3.3 Diagrama de cuerpo libre de eje motriz

De acuerdo a la figura 3.3 realizamos sumatoria de fuerzas en el eje y, teniendo la siguiente ecuación:

0 2

1

: + − − =

ΣFY R R K M

Luego momentando en el punto 1 tenemos:

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[

]

[

]

[ ]

Una vez obtenida la reacción en el punto 2 reemplazamos en la sumatoria de fuerzas en el eje y ( FYΣ ), obteniendo así R1.

2 1 K M R R = + −

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

Obtendremos dos momentos flectores, un momento K, que es el provocado por la fuerza K/2 y el momento en el punto 2 producido por el peso del motor (M).

De acuerdo a esto tenemos:

[ ]

[ ]

[

]

[

]

[ ]

[ ]

Mto .2 = 33 ∗ 31,3 = 1032,9

[

]

[

]

Figura 3.5 Diagrama del momento flector en el punto 2

3.1.9.3. Determinación de los esfuerzos cortantes

Para determinar los esfuerzos cortantes ( admτ ) debemos considerar las propiedades físicas del acero utilizado para el diseño del eje. Para tal caso seleccionaremos un tipo de acero SAE, del cual extraeremos sus propiedades físicas y mecánicas tales como el limite a la ruptura (σ rup.) y el limite de fluencia ( σ flu. ).

La tabla del anexo 14 relaciona la nomenclatura AISI-SAE con los valores de límite de fluencia, porcentaje de alargamiento y dureza brinell.

De acuerdo al anexo 14 utilizamos un acero SAE 10-45, ya que es el acero mas corrientemente usado en el diseño de ejes, ya que posee un muy buen contenido de carbono, siendo este el elemento que le otorga la dureza y una mayor resistencia mecánica, con un costo moderado. Sin embargo al someterlo a un tratamiento térmico por templado su estructura interna sufre deformaciones, disminuyendo su resistencia a la fatiga.

Las características del tipo de acero seleccionado son las siguientes:

4200 = fluencia σ

[

]

[

]

Una vez determinados los límites de fluencia y ruptura nos enfocamos en el método que utilizaremos para determinar el diámetro del eje.

Existen varios métodos, unos más precisos que otros y algunos mas sofisticados con niveles medios y altos de complejidad. Los mas básicos en su desarrollo cuentan con una menor exactitud, de tal modo que para compensar el grado de incertidumbre que se produce en su calculo se recurre a aplicar elevados factores de seguridad y factores de servicio, resultando por ello bastante conservadores y discretos los valores obtenidos en sus dimensiones.

El método que presentamos a continuación es uno que con el correr de los años ha sido el más ampliamente usado en el dimensionamiento de toda clase de ejes, resultando bastante confiable. Se trata del código ASME que fue presentado como “Código para proyectos de ejes de transmisión”

Este código utiliza los esfuerzos cortantes para el cálculo de árboles, determinando la resistencia admisible de dos maneras:

a) Multiplicando por 0,30 el valor del límite de fluencia del material (acero SAE 10-45) del eje, expresado en

[

]

flu

adm σ

τ = 0,30 ∗ Ecuación 3.15

b) Multiplicando por 0,18 el valor de la resistencia a la ruptura del material (acero SAE 10-45) del eje expresado en

[

]

rup adm σ τ = 0,18 ∗ Ecuación 3.16 Reemplazando en ecuación 3.13 a) τ adm = 0,30∗4200

[

]

[

]

[

]

[

]

Una vez calculada la resistencia admisible aplicando ambas fórmulas de las ecuaciones 3.13 y 3.14, se comparan los valores obtenidos, utilizando para el cálculo del diámetro del eje el valor que resulte menor de entre ellos, osea el valor

3.1.9.4. Calculo del diámetro del eje motriz

Cuando usamos el método del código ASME debemos aplicar los coeficientes de servicio llamados coeficientes de choque y fatiga, Ks y Km respectivamente, indicados en la tabla 3.2.

Tipo de carga

Ks Km

Ejes fijos (esfuerzo de flexiónsin inversión)

- Carga aplicada gradualmente 1,0 1,0

- Carga aplicada repentinamente 1,5 a 2,0 1,5 a 2,0 Ejes giratorios (esfuerzos de flexióncon

inversión)

- Carga constante o aplicada gradualmente 1,5 1,0

- Carga aplicada repentinamente, con choque ligero

1,5 a 2,0 1,0 a 1,5

- Carga aplicada repentinamente, con choque

fuerte 2,0 a 3,0 1,5 a 3,0

Tabla 3.3 Valores de los coeficientes de choque y fatiga

De acuerdo a los valores de la tabla 3.2 seleccionamos los coeficientes de choque y fatiga con Ks = 1,5 y Km = 2,0 para luego aplicar la formula para el calculo del diámetro del eje (d), según el código ASME.

(

) (

)

Donde:

adm

τ = Esfuerzo admisible

[

]

[

]

Ks = Coeficiente numérico combinado de choque y fatiga aplicar en cada caso para multiplicar al momento torsor calculado.

Km = Coeficiente numérico combinado de choque y fatiga aplicar en cada caso para multiplicar al momento flector calculado.

Luego reemplazando en ecuación 3.15 tenemos:

(

) (

)

[ ]

Diámetro del normalizado a 60

[ ]

3.1.10. Calculo de rodamientos y selección de soportes

Debido a la gran variedad de rodamientos existentes se deben tomar en cuenta algunos criterios para su selección, tales como el tipo de maquina, condiciones ambientales, disposición del eje, etc.., además de evaluarse factores de influencia tales como los tipos de carga a que serán sometidos, velocidad, espacio de montaje, temperatura y ruido (en caso de que se exija un funcionamiento muy silencioso). Otro criterio importante es la exigencia pedida al rodamiento, ya sea su

Para el correcto calculo de los rodamientos utilizaremos las cargas que afectan al eje (R1 = 283,37 Kg. Y R2 = 376,5162 Kg.)

Consideraremos 25.000 horas de trabajo continuo, con el fin de obtener la capacidad de carga radial (C) y así obtener el más importante parámetro de selección de rodamientos y soportes a partir de la siguiente formula:

R Z C = ∗ Ecuación 3.18 Donde: Z = Factor de servicio R = Carga radial

[ ]

Aplicamos la formula para el calculo del factor de servicio Z.

p Lh N Z 000 . 000 . 1 60 10 ∗ ∗ = Ecuación 3.19 Donde: N = Velocidad de giro en rpm. 10

Lh = Cantidad de horas de servicio

p = Índice de la raíz de la formula siendo p = 3 para rodamientos rígidos de bolas y p = 10/3 para rodamientos de rodillos.

3 , 3 000 . 000 . 1 45 60 25000 ∗ = Z 3 , 3 _67,5 = Z 5837 , 3 = Z

Luego reemplazando en ecuación 3.18 con reacción R1 tenemos:

[ ]

[ ]

Nuevamente reemplazando en ecuación 3.18 con reacción R2:

[ ]

[ ]

Entre los tipos de rodamientos mas conocidos y usados están los rodamientos de bolas, de rodillos y rodillos cónicos, de una y dos hileras.

De acuerdo a cálculos y criterios de selección de rodamientos señalados en un principio se seleccionan rodamientos de rodillos de una hilera, los cuales resisten grandes esfuerzos, cargas repentinas con choques, desalineamientos de gran consideración y grandes cargas radiales.

Específicamente son rodamientos del tipo de rodillos de una hilera para un diámetro de eje de 60 mm del tipo NU1012M1, con una capacidad de carga dinámica

CAPITULO 4. MONTAJE Y MANTENIMIENTO EN ELEVADORES DE CANGILONES

4.1. MONTAJE

4.1.1. Montaje de la cadena

Para un correcto montaje de la cadena y cangilones debe instalarse sobre la carcasa superior del elevador una segura estructura temporal. Puede utilizarse una torre grúa cuando este disponible el acceso por encima del elevador para levantar la cadena completa dentro del elevador.

El siguiente procedimiento esta basado en el uso de un tecle suspendido sobre el elevador:

• Saque la carcasa superior del elevador para conseguir el pleno acceso a las ruedas para la cadena.

• Compruebe que los centros de las ruedas motrices estén en el mismo plano que el resto de las ruedas, o sea, que coincida con los centros de la cadena, corrija si fuera necesario.

• Compruebe que el eje de la rueda motriz y los ejes de las ruedas intermedias estén completamente horizontales utilizando un nivel de burbuja de aire.

• Levante las ruedas intermedias y el dispositivo de tensión hasta su posición más alta y afiance.

• Saque los ramales de cadena de las cajas o jaulas y ponga sobre el suelo ambos ramales emparejados casando el color en un extremo. Generalmente se envían 2 ó 4 ramales para un largo completo de