DISEÑO DE UN TRANSPORTADOR DE TORNILLO SIN FIN O DISEÑO DE UN TRANSPORTADOR DE TORNILLO SIN FIN O
TRANSPORTADOR HELICOIDAL PARA GRANALLA TRANSPORTADOR HELICOIDAL PARA GRANALLA INTRODUCCION
INTRODUCCION
El presente trabajo tiene como objetivo el desarrollo de una El presente trabajo tiene como objetivo el desarrollo de una
aplicación para el diseño, cálculo y selección de componentes de un aplicación para el diseño, cálculo y selección de componentes de un
transportador helicoidal o transportador de tornillo sinfín. transportador helicoidal o transportador de tornillo sinfín.
Los transportadores se han constituido en el medio más adecuado Los transportadores se han constituido en el medio más adecuado para desplazar materiales al granel principalmente cuando se
para desplazar materiales al granel principalmente cuando se
requieren grandes capacidades de transporte y a lo largo de cortas requieren grandes capacidades de transporte y a lo largo de cortas
2010
2010
DISEÑO DE UN
DISEÑO DE UN
TRANSPORTADOR
TRANSPORTADOR
HELICOIDAL
HELICOIDAL
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distancias. El campo de aplicación de los transportadores helicoidales distancias. El campo de aplicación de los transportadores helicoidales es muy amplio en la industria y su incidencia en los costos
es muy amplio en la industria y su incidencia en los costos dede producción es considerable, por lo tanto, disponer de una producción es considerable, por lo tanto, disponer de una
herramienta para el diseño, cálculo y selección de estos aparatos en herramienta para el diseño, cálculo y selección de estos aparatos en forma de una aplicación como el uso de la herramienta del Excel forma de una aplicación como el uso de la herramienta del Excel aplicados al diseño mecánico para el diseño de esta maquinaria de aplicados al diseño mecánico para el diseño de esta maquinaria de transporte helicoidal puede ayudar enormemente al ingeniero transporte helicoidal puede ayudar enormemente al ingeniero queque está diseñando algún proceso en el que se necesita usar estos está diseñando algún proceso en el que se necesita usar estos transportadores.
transportadores. Marco Teórico. Marco Teórico.
El tornillo sin fin es uno de los aparatos más antiguos para El tornillo sin fin es uno de los aparatos más antiguos para transportar materiales que conoce la humanidad, el diseño
transportar materiales que conoce la humanidad, el diseño originaloriginal data de hace más de 2000 años. Desde que el
data de hace más de 2000 años. Desde que el transportador detransportador de
tornillo sin fin o helicoidal apareció su uso se enfoco en instalaciones tornillo sin fin o helicoidal apareció su uso se enfoco en instalaciones para regadío, transporte de granos, polvos finos y otros materiales a para regadío, transporte de granos, polvos finos y otros materiales a granel.
granel.
A través de los tiempos, ha venido a ocupar un lugar muy importante A través de los tiempos, ha venido a ocupar un lugar muy importante en el área del proceso de transporte y
en el área del proceso de transporte y manipulación de materiales.manipulación de materiales. Hoy en día, la tecnología moderna ha hecho del transportador de Hoy en día, la tecnología moderna ha hecho del transportador de tornillo sin fin uno de los métodos más e
tornillo sin fin uno de los métodos más eficaces y baratos para elficaces y baratos para el movimiento continuo de materiales al granel a cortas distancias. movimiento continuo de materiales al granel a cortas distancias. Los transportadores de tornillo sin fin se pueden usar para mover los Los transportadores de tornillo sin fin se pueden usar para mover los materiales al granel, con granos medianos o pequeños, en estado materiales al granel, con granos medianos o pequeños, en estado húmedo y pastoso. La fuerza de la gravedad y la fricción en las húmedo y pastoso. La fuerza de la gravedad y la fricción en las
paredes de la artesa o recipiente limitan el arrastre del material en la paredes de la artesa o recipiente limitan el arrastre del material en la
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distancias. El campo de aplicación de los transportadores helicoidales distancias. El campo de aplicación de los transportadores helicoidales es muy amplio en la industria y su incidencia en los costos
es muy amplio en la industria y su incidencia en los costos dede producción es considerable, por lo tanto, disponer de una producción es considerable, por lo tanto, disponer de una
herramienta para el diseño, cálculo y selección de estos aparatos en herramienta para el diseño, cálculo y selección de estos aparatos en forma de una aplicación como el uso de la herramienta del Excel forma de una aplicación como el uso de la herramienta del Excel aplicados al diseño mecánico para el diseño de esta maquinaria de aplicados al diseño mecánico para el diseño de esta maquinaria de transporte helicoidal puede ayudar enormemente al ingeniero transporte helicoidal puede ayudar enormemente al ingeniero queque está diseñando algún proceso en el que se necesita usar estos está diseñando algún proceso en el que se necesita usar estos transportadores.
transportadores. Marco Teórico. Marco Teórico.
El tornillo sin fin es uno de los aparatos más antiguos para El tornillo sin fin es uno de los aparatos más antiguos para transportar materiales que conoce la humanidad, el diseño
transportar materiales que conoce la humanidad, el diseño originaloriginal data de hace más de 2000 años. Desde que el
data de hace más de 2000 años. Desde que el transportador detransportador de
tornillo sin fin o helicoidal apareció su uso se enfoco en instalaciones tornillo sin fin o helicoidal apareció su uso se enfoco en instalaciones para regadío, transporte de granos, polvos finos y otros materiales a para regadío, transporte de granos, polvos finos y otros materiales a granel.
granel.
A través de los tiempos, ha venido a ocupar un lugar muy importante A través de los tiempos, ha venido a ocupar un lugar muy importante en el área del proceso de transporte y
en el área del proceso de transporte y manipulación de materiales.manipulación de materiales. Hoy en día, la tecnología moderna ha hecho del transportador de Hoy en día, la tecnología moderna ha hecho del transportador de tornillo sin fin uno de los métodos más e
tornillo sin fin uno de los métodos más eficaces y baratos para elficaces y baratos para el movimiento continuo de materiales al granel a cortas distancias. movimiento continuo de materiales al granel a cortas distancias. Los transportadores de tornillo sin fin se pueden usar para mover los Los transportadores de tornillo sin fin se pueden usar para mover los materiales al granel, con granos medianos o pequeños, en estado materiales al granel, con granos medianos o pequeños, en estado húmedo y pastoso. La fuerza de la gravedad y la fricción en las húmedo y pastoso. La fuerza de la gravedad y la fricción en las
paredes de la artesa o recipiente limitan el arrastre del material en la paredes de la artesa o recipiente limitan el arrastre del material en la
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dirección del perímetro, que es producido entre el bien del transporte dirección del perímetro, que es producido entre el bien del transporte y el tornillo sin fin, por eso
y el tornillo sin fin, por eso solo hay desplazamiento del material en lasolo hay desplazamiento del material en la dirección axial del tornillo sin fin.
dirección axial del tornillo sin fin.
Fig. 1 Transportador de Tornillo Sin Fin y sus partes Fig. 1 Transportador de Tornillo Sin Fin y sus partes
(a)
(a) Tornillo SinfínTornillo Sinfín (b)
(b) Eje TerminalEje Terminal (c)
(c) Eje MotrizEje Motriz (d)
(d) Eje ConectorEje Conector (e)
(e) Compuerta de descargaCompuerta de descarga (f)
(f) Soporte de ArtesaSoporte de Artesa (g)
(g) CubiertaCubierta (h)
(h) Tapa de extremo opuesto al motorTapa de extremo opuesto al motor (i)
(i) Tapa de extremo lado motrizTapa de extremo lado motriz (j)
(j) Soporte ColganteSoporte Colgante (k)
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(l) Chute de Entrada (m) Artesa
(n) Brida
Fig. 2 Transporte de Material a través de un tornillo sin fin
Una ventaja de este tipo de transportadores sobre otros es el número de puntos de alimentación y de descarga a lo largo de su recorrido. Esta cualidad le permite al tornillo sinfín recepcionar y entregar
materiales al granel en diversas localidades dentro de la industria a la que sirve.
Principio del Transporte Sinfín
Un volumen de material al granel es cargado en el punto A (ver fig.2) de entrada de una artesa y a medida que el sinfín gira el material avanza linealmente hacia el punto B de descarga, ocupando un
volumen dentro de la artesa durante el viaje, dicho volumen depende del nivel de llenado del recipiente medido desde el fondo, dicho nivel
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se mantiene aproximadamente constante a medida que transcurre el tiempo de transporte.
El material es empujado por acción del sinfín o helicoide,
produciéndose el flujo del material a través del interior de la artesa. El sinfín gira debido a la potencia de un motor eléctrico o mecánico, transmitida por una cadena, banda o motor reductor conectado a este.
Las grandes fuerzas de fricción del movimiento relativo entre el
tornillo sin fin, pared de artesa y el material que se transporta causan una abrasividad grande y una trituración fuerte del material en
tránsito. Por eso, no son apropiados los materiales que son sensibles en la forma, (fácilmente deformables), y muy desgastables.
En estos transportadores las fuerzas de fricción tienen un alto grado de energía en comparación a otros transportadores continuos.
Clasificación de los Transportadores Sinfín
Los transportadores de tornillo sin fin se clasifican según el paso en:
o Transportadores de Paso Estándar.
Estos transportadores tienen un paso igual al diámetro (ver fig. 3), y se les denomina estándares, se utilizan para todas las aplicaciones comunes de transporte continuo de materiales al granel.
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Los transportadores helicoidales de paso corto de los
helicoidales esta reducido a 2/3 del diámetro del sinfín, (ver fig. 3). Se recomiendan para uso en transportadores inclinados con inclinaciones de 20º grados a mas.
o Transportadores de Paso Medio.
Son similares a los de paso corto excepto que el paso es reducido a ½ del diámetro del sinfín. Son utilizados en
aplicaciones inclinadas, verticales, alimentadores y cuando se conduzcan materiales extremadamente fluidos.
o Transportadores de Paso Largo.
En este caso el paso es 1-1/2 veces el diámetro del sinfín y son usados para agitar materiales fluidos o para mover materiales de flujo muy libre.
o Transportadores de Paso Variable.
Estos transportadores consisten de helicoidales sencillos
subsiguientes o en grupos que incrementan el paso. Se utilizan como alimentadores de helicoidales para mover uniformemente materiales de flujo libre a través de toda la longitud de la
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Fig.3 Clasificación de Sinfín por el paso: a) Sinfín de Paso Estándar
b) Sinfín de Paso Corto c) Sinfín de Paso Medio d) Sinfín de Paso Largo e) Sinfín de Paso Variable
Los transportadores de sinfín se clasifican también según el tipo o forma del helicoide o espira en:
Transportadores de Espiras Estándares.
Estos transportadores tienen espiras completas y solidas, (ver fig. 4), y se les denomina estándares, se utilizan para todas las
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aplicaciones convencionales de transporte continuo de aplicaciones convencionales de transporte continuo de materiales al granel.
materiales al granel.
Transportadores de Espiras Recortadas.Transportadores de Espiras Recortadas.
En este caso, en el borde exterior de los espirales es recortada En este caso, en el borde exterior de los espirales es recortada una sección a intervalos re
una sección a intervalos regulares, permitiendo una accióngulares, permitiendo una acción adicional de mezcla y agitación en tránsito del material que se adicional de mezcla y agitación en tránsito del material que se transporta. Es útil para transportar materiales que tienden a transporta. Es útil para transportar materiales que tienden a compactarse y formar terrones, los cuales son destruidos por compactarse y formar terrones, los cuales son destruidos por estos bordes cortantes.
estos bordes cortantes.
Transportadores de Espiras Recortadas y Dobladas.Transportadores de Espiras Recortadas y Dobladas.
Similar al caso anterior, con la diferencia de que las secciones Similar al caso anterior, con la diferencia de que las secciones recortadas no son extraídas de los espirales, sino que son recortadas no son extraídas de los espirales, sino que son dobladas a 90º hacia el lado
dobladas a 90º hacia el lado de giro del transportador,de giro del transportador, obteniendo así un efecto de retardo de flujo y mezcla en obteniendo así un efecto de retardo de flujo y mezcla en tránsito del material transportado, es útil para
tránsito del material transportado, es útil para el calentamiento,el calentamiento, enfriamiento o aireación de sustancias ligeras.
enfriamiento o aireación de sustancias ligeras.
Transportadores de Cinta.Transportadores de Cinta.
Son excelentes para transportar materiales pegajosos y Son excelentes para transportar materiales pegajosos y viscosos. El espacio abierto entre el borde
viscosos. El espacio abierto entre el borde interior del espiral yinterior del espiral y el tubo, evita la acumulación del material conducido.
el tubo, evita la acumulación del material conducido.
Transportadores de Espiras con Paletas.Transportadores de Espiras con Paletas.
Son transportadores helicoidales estándar pero llevan paletas Son transportadores helicoidales estándar pero llevan paletas ajustables unidas al tubo y distribuidas siguiendo una
ajustables unidas al tubo y distribuidas siguiendo una
trayectoria helicoidal opuesta a la del sinfín a lo largo del tubo trayectoria helicoidal opuesta a la del sinfín a lo largo del tubo
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del sinfín, lo que
del sinfín, lo que proporciona al material transportado unaproporciona al material transportado una suave y completa mezcla.
suave y completa mezcla.
Transportadores de paletas.Transportadores de paletas.
Son transportadores que solo están formados de paletas Son transportadores que solo están formados de paletas ajustables unidas al tubo y
ajustables unidas al tubo y distribuidas siguiendo unadistribuidas siguiendo una
trayectoria helicoidal, cuyo paso es como se requiera. Permiten trayectoria helicoidal, cuyo paso es como se requiera. Permiten dar una completa acción de mezcla y un flujo controlado a
dar una completa acción de mezcla y un flujo controlado a materiales granulares y finos.
materiales granulares y finos.
Fig.4 Clasificación de Sinfines por el tipo de helicoide: Fig.4 Clasificación de Sinfines por el tipo de helicoide:
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a)
a) Sinfín con Espiras EstándaresSinfín con Espiras Estándares b)
b) Sinfín con Espiras RecortadasSinfín con Espiras Recortadas c)
c) Sinfín con Espiras Recortadas y DobladasSinfín con Espiras Recortadas y Dobladas d)
d) Sinfín de CintaSinfín de Cinta e)
e) Sinfín Estándar con PaletasSinfín Estándar con Paletas f)
f) Sinfín de paletasSinfín de paletas
Alguna de las características en cuanto a la selección de los Alguna de las características en cuanto a la selección de los materiales componentes del transportador se debe diseñar materiales componentes del transportador se debe diseñar considerando:
considerando:
Materiales Corrosivos.- los componentes pueden ser fabricados de Materiales Corrosivos.- los componentes pueden ser fabricados de aleaciones no afectados por el material o pueden ser cubiertos con aleaciones no afectados por el material o pueden ser cubiertos con sustancias de protección.
sustancias de protección.
Materiales Contaminables.-requieren del uso de bujes
Materiales Contaminables.-requieren del uso de bujes para colgantespara colgantes impregnados en aceite, sellados o de tipo seco. Los extremos de los impregnados en aceite, sellados o de tipo seco. Los extremos de los ejes deben estar sellados para prevenir la entrada de contaminantes ejes deben estar sellados para prevenir la entrada de contaminantes del exterior. Debido a la necesidad de una limpieza frecuente los del exterior. Debido a la necesidad de una limpieza frecuente los componentes del transportador deben estar diseñados para un componentes del transportador deben estar diseñados para un ensamblaje conveniente.
ensamblaje conveniente.
Materiales Abrasivos.-estos materiales pueden ser manejados en Materiales Abrasivos.-estos materiales pueden ser manejados en transportadores, artesa fabricadas de aleaciones resistentes a la transportadores, artesa fabricadas de aleaciones resistentes a la abrasividad con helicoidales de superficie
abrasividad con helicoidales de superficie endurecida. Elendurecida. El recubrimiento con hule o con resinas especiales de todas las recubrimiento con hule o con resinas especiales de todas las superficies expuestas también reduce materialmente el
superficies expuestas también reduce materialmente el dañodaño abrasivo.
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Temperatura Elevada.- los componentes deben ser fabricados de aleaciones de alta temperatura. Si el proceso es tal que se permite el enfriamiento del material en el transportador, artesas encamisadas deben ser usadas en el extremo de la entrada para enfriar el material y deben utilizarse componentes estándares después del punto donde la temperatura del material ha sido reducidas a un grado seguro.
Fig. 5 Transportador helicoidal dispuesto horizontalmente
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Capacidad Requerida.
Es el gasto volumétrico por unidad de tiempo (caudal), que se necesita transportar desde el punto de carga (entrada), hasta el punto de salida (descarga). La capacidad deberá ser expresada en toneladas por hora y es el valor máximo requerido por el proceso. Esta capacidad requerida se emplea en los cálculos de velocidad y potencia. La capacidad máxima que puede manejar un transportador de tornillo sin fin es de 16400 pies cúbicos por hora.
Configuración del Transporte.
Para el cálculo y diseño del transportador es necesario definir la trayectoria del recorrido del material a transportarse, así como el número de puntos de carga y descarga del mismo. Consideramos las cuatro configuraciones básicas de transportadores de tornillo sin fin mostradas en la figura con las que podremos resolver la mayoría de los problemas de transporte de material al granel.
El transporte de un material de un punto geográfico a otro, requiere de cierta información para ser orientado tales como:
-El número y ubicación de los puntos de carga y descarga.
-La distancia a la cual el material será transportado, máximo 400 pies o sea 122 m.
-El ángulo de inclinación de la línea que une el punto de partida al de llegada del material, (máximo 60º para transportadores inclinados)
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Fig. 7 Configuraciones de transportador posibles: a) Horizontal, con 1 entrada y 3 salidas.
b) Horizontal, con 3 entradas y 1 salida. c) Horizontal, con 1 entrada y 1 salida. d) Inclinado, con 1 entrada y 1 salida.
El paso en un sinfín es la distancia que existe entre los picos de dos espiras consecutivas o el desplazamiento lineal, (avance del tornillo), que consigue una partícula del material en tránsito al seguir una
trayectoria helicoidal 360º (1 vuelta completa).
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Tipo de Acción Adicional del Tornillo Helicoidal.
El helicoide o volado, (flight), en un tornillo helicoidal o tornillo sin fin, es el elemento rígido que forma o sigue la trayectoria helicoidal. Un transportador helicoidal dependiendo del tipo de volado puede ejercer las siguientes acciones sobre un material en tránsito:
Para solo Transportar: helicoide con espiras estándares. Para Transportar y Mezclar:
Helicoide con espiras recortadas.
Helicoide con espiras recortadas y dobladas. Helicoide de cinta.
Helicoide estándar con paletas. TABLA 1
FACTOR DE CAPACIDAD CF1
Factor de Capacidad del Transportador con Paso Especial(Fp)
Paso Descripción Fp
Estándar Paso = Diámetro del Sinfín 1.00 Corto Paso = 2/3 Diámetro del Sinfín 1.50 Medio Paso = ½ Diámetro del Sinfín 2.00 Largo Paso = 1-1/2 Diámetro del Sinfín 0.67 Referencia: Catalogo de Martin, sección H, pagina H18
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TABLA 2
FACTOR DE CAPACIDAD CF2
Factor de Capacidad del Transportador con Helicoide Especial Tipo de Helicoide Carga del Transportador
15% 30% 45%
Helicoide con Corte 1.95 1.57 1.43 Helicoide con Corte y Doblez NR* 3.75 2.54 Helicoide con Cinta 1.04 1.37 1.62
Referencia: Catalogo de Martin, sección H, pagina H18. *No recomendado
Si ninguno de los helicoides indicados en la tabla es usado CF2 = 1.0
Temperatura del Material
Es la temperatura máxima con la que ingresa el material y la
mantiene durante su trayecto por el sinfín, e influirá en el cálculo de la expansión térmica y posterior selección de los componentes.
Tiempo de Operación
Es el tiempo promedio en horas al día en que se utiliza el sinfín, este parámetro es importante para clasificar los rangos de trabajo del tipo de transmisión utilizada, teniendo tres clases a analizar:
Clase I.-carga constante no excede la capacidad normal del motor y
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Cargas de choque moderadas son permitidas si la operación es intermitente.
Clase II.- carga constante no excede la capacidad normal del motor
por encima de las 10 horas al día. Cargas de choque moderadas son permitidas durante 10 horas en un día.
Clase III.-cargas de choque moderadas por encima de las 10 horas
en un día. Cargas de choque pesadas son permitidas durante 10 horas en un día.
Estableciendo el tipo de trabajo que va a desempeñar el
transportador y los parámetros encontrados anteriormente podemos encontrar el tipo de clase de la transmisión para nuestro
transportador.
Cálculos requeridos para el transportador:
Transportador helicoidal o Sin fin Disposición Horizontal
MATERIAL A TRANSPORTAR: Granallas de acero
El funcionamiento del equipo debe cumplir con las siguientes exigencias de trabajo:
CAPACIDAD: 2 Tn/min =120 Tn/hr
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INFORMACION TECNICA DEL MATERIAL
Los siguientes datos corresponden a la Granalla de acero, Peso especifico: 7.85 g/cm3
Tamaño: 0.5-1.6mm Grado de fluidez: Fluido Abrasividad: Abrasivo
Temperatura: Ambiente (25 ºC, promedio) Humedad relativa: 85% (promedio)
Peso Específico: 298.984 Lb/pie3
Capacidad Real.
Conociendo la capacidad requerida (pie3/h), calculamos la capacidad reala o equivalente (CS), con la siguiente fórmula:
En donde:
El factor CF1 se refiere al paso del helicoidal, y lo obtenemos de la Tabla 4.
El factor CF2 se refiere al tipo del helicoidal, y lo obtenemos de la tabla 5.
El factor CF3 se aplica cuando el helicoidal lleva paletas o remos, y lo obtenemos de la tabla 6, de acuerdo al número de paletas.
CALCULO DEL FLUJO DE CARGA DEL MATERIAL
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En ecuación 1:
Diámetro del Sinfín
Para determinar el diámetro y la velocidad de un transportador helicoidal es necesario en primer lugar establecer el número de código del material a transportar. Se verá a continuación que este número de código controla la carga al corte transversal que debe ser utilizada.
Las diversas cargas al corte transversal mostradas en la tabla 4 de capacidades de tornillos sinfín, son para transportadores
estandarizados y deben usarse con los componentes que se
recomiendan en tabla y se emplean donde la operación de transporte está controlada por alimentadores volumétricos o donde el material sea uniformemente alimentado a la cubierta del transportador y descargado de él (carga uniforme).
Conociendo la carga del material en la sección transversal de la artesa (% de carga), buscamos en la tabla 4 de capacidades de
transportadores de tornillo sinfín, en la zona de “carga de artesa”
correspondiente y nos proporciona los siguientes datos:
Diámetro del sinfín. Capacidad a 1 RPM.
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Capacidad a máximas RPM. Máximas RPM recomendadas.
Para seleccionar uno de los transportadores enlistados, buscamos en la
columna de “Capacidad a máximas RPM”, aquel valor mayor o igual a la “Capacidad Real” anteriormente calculada, y en esa fila obtendremos el
diámetro del sinfín recomendado.
Ahora, con el dato del diámetro buscamos en las tablas 8.9 y 10 según sea el grupo de componentes recomendados para el material,(tabla 1), y
obtenemos en estas tablas características del transportador como los diámetros de los ejes, el sinfín que debe emplearse y los espesores de la artesa y cubierta recomendados. Estos valores serán encontrados
satisfactoriamente para casi todas las aplicaciones.
Entonces seguimos los pasos antes mencionados para calcular el diametro del tornillo helicoidal:
Entramos a la tabla 3 , (caracteristicas de materiales al granel), con el peso especifico de la granalla y como no encontramos lo mas recomendable es buscasr un peso especifico igual o lo mas cercano al valor de la granalla.
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Tabla 3
Características de Materiales al Granel
Nº Material Peso Lb/pie3 Código Cema Rodamiento Intermedio Serie Componente Factor de Material % de Carga 383 Plomo, Mineral 1/8” 200-270 B6-35 H 3 1.4 30A
Como el peso específico de la granalla es de 293.984 lb/pie3
buscamos un material con esa características ya que directamente en tabla de materiales no se encuentra nuestro material así que
asumiremos y seleccionaremos las características y especificaciones técnicas del material asumido cuyo peso especifico es el que más se acerca a la granalla.
De dicha tabla seleccionamos él % de carga de 30% y entramos a la tabla 4 y seleccionamos de acuerdo a nuestra capacidad real en
pie3 /h en la parte de paso estándar en la celda de máximas RPM.
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Tabla 4
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Con este dato ingresamos a tabla y seleccionamos un transportador de tornillo sinfín con las siguientes características:
Carga en la Artesa del SinfínDiámetro en Pulg. Capacidad en pie3 /h (paso estándar) Máximas RPM recomendadas A 1 RPM máx.A RPM 30%A 10 7.57 720 95 30%A 12 12.90 1160 90 30%A 14 20.80 1770 85
Como
es la capacidad real entonces seleccionamos su inmediato superior que es en este caso de 1160 pie3 /hr.Hallamos porcentaje de carga:
Como el porcentaje de llenado tomado de tabla es del 30% entonces el 77.41% equivale a un 23.22% de llenado.
Verificación de la Velocidad Lineal de Avance.
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Desarrollo de la hélice, donde:
Tenemos:
Reemplazando (2) en (1):
Donde:D = diámetro del gusano. N = capacidad por cada RPM
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Tabla 5
Componentes Grupo 1
Tabla 6
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Tabla 7
Componentes Grupo 3
De la tabla 3 seleccionamos el grupo componente 3, luego
ingresaremos con este dato y habiendo ya calculado el diámetro del tornillo helicoidal, seleccionamos de la tabla7 que pertenece a
componentes de grupo 3 los siguientes datos: Diámetro del Sinfín en pulg. Diámetro del eje en pulg.
Código del Sinfín Espesor Volado
Helicoidal Seccional Volado Artesa Cubierta
12 2 12H412 12S412 ¼ pulg. 14 cal.
Velocidad del Transportador.
Una vez obtenida la capacidad real del material en pie3 /hr., para transportadores de tornillo sinfín con helicoidales que tengan
espirales de paso estándar, la velocidad del transportador puede ser calculada de la siguiente manera:
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Luego la velocidad total de transporte requerido (VLT):
Deflexión del Sinfín
Cuando se utilicen secciones del sinfín de tamaño estándar, la deflexión no es un problema. No obstante cuando sea necesario
utilizar secciones más largas que los estándares y sin usar colgantes intermedios, hay que tener cuidado que por efecto de una deflexión excesiva, el volado del sinfín haga contacto o roce con el fondo de la artesa, ya que ocasionaría un gran desgaste en ambas piezas.
La deflexión en la longitud media de un sinfín puede ser calculada mediante la siguiente fórmula:
Donde:
D = la deflexión en la longitud media de un sinfín (pulg.) W = peso total del helicoide (lbs.) – (tabla 8)
L = longitud del helicoide (pulg.)
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E = modulo de elasticidad del material del sinfín (Psi)
En las aplicaciones donde la deflexión calculada de un sinfín exceda el valor de 0.25 pulgadas (1/4 pulg.), es común que el problema sea resuelto utilizando un tubo de mayor diámetro mayor o de pared más gruesa. Generalmente los tamaños más grandes de tubos tienden a reducir la deflexión más eficazmente que el tubo de pared más
gruesa. En la tabla 12 se muestran los tamaños y características de tubos disponibles en el mercado.
Entonces para nuestro caso se seleccionara de tabla la longitud y el peso para el diametro de tornillo sin fin seleccionado:
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De la tabla anterior para un diámetro de 12” de diámetro del tornillo
sinfín seleccionamos: A Diámetro Sinfín B Diámetro de Eje Código C
Diámetro Tubo Espesor del
Volado PernosG de Acople Interior Exterior D Interno Externo 12 2 12H408 2 2-1/2 2-7/8 1/4 1/8 5/8x3-5/8 Longitud Estándar Peso Promedio (lbs.)
Espiras por Pie Tener presenteque la longitud indicada en la celda de longitud estándar esta especificada en pies-pulg. Long.
Estándar Por Pie Por Espira
11-10” 140 12 67 5.7
Tabla 9
Momento de Inercia de Tubos
De tabla 9 seleccionamos un I para 2-1/2”, seleccionaremos el valor
de 1.53 pulg4
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Como el material con el que vamos a diseñar el tubo o eje será de acero inoxidable entonces el modulo de elasticidad es el siguiente: 2100000 Kg/cm2 = 29869020,94495 Psi
Remplazando en la ecuación de la deflexión:
Calculo con el valor del modulo de elasticidad:
Entonces la deflexión no es un problema. Expansión Térmica.
Los transportadores helicoidales en ocasiones se emplean para transportar materiales calientes, lo cual provocara en este una
expansión térmica. A medida que se transporta el material caliente, aumenta la temperatura en el transportador, haciendo que el tamaño del sinfín y de la artesa se incremente y cause un aplastamiento o deformación permanente en sus componentes.
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La práctica general recomendada es proporcionar soporte para la artesa y tapas de los extremos de tal manera que permitan el libre movimiento del transportador durante la expansión térmica y la
subsecuente contracción de la artesa y sinfín al finalizar el transporte de dicho material caliente.
El extremo de la transmisión del transportador esta generalmente fijo permitiendo que la artesa se expanda o contraiga hacia el otro
extremo. Pero esto es un problema cuando existen entradas intermedias o boquillas de descarga que no pueden moverse, entonces se requiere de artesas especiales tipo expansión.
Además el sinfín puede expandirse o contraerse a distinta proporción que la artesa. En este caso se recomienda usar colgantes tipo
expansión. Además el extremo de la artesa opuesta a la transmisión debe tener un rodamiento de rodillo o de bola tipo expansión o un rodamiento de collar que proporcionara suficiente movimiento.
El cambio en la longitud el transportador helicoidal puede ser calculado con la siguiente fórmula:
Donde:
ΔL = incremento en el cambio de longitud (pulg.)
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T1= límite superior de temperatura (ºF)
T2= límite inferior de temperatura (ºF)
(Mínima temperatura ambiente esperada). C = coeficiente de expansión lineal (1/ºF)
Coeficiente de expansión lineal o de expansión térmica del acero inoxidable = 0.0000099 1/ºF
Reemplazando en la formula:
Potencia Del Motor
La potencia requerida para operar un transportador helicoidal
horizontal se basa en la configuración y carga uniforme del mismo. Los factores siguientes determinan el requisito de potencia de un transportador helicoidal que opera bajo estas condiciones:
CS = capacidad real en pie3 /h
Et= factor de eficiencia de la transmisión (tabla 17)
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Fd= factor de diámetro del sinfín (tabla 14)
Ff = factor de helicoidal del sinfín (tabla 15)
Fm = factor de material (tabla 1)
Fp = factor de paletas del sinfín (tabla 16) Fo = factor de sobrecarga (fig. 3.1)
L = longitud total del sinfín o tornillo helicoidal (pie) N = velocidad (RPM)
W = peso 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 la potencia requerida para transportar el material (HPm) multiplicado por el factor de sobrecarga de potencia (Fo) y dividido por factor de eficiencia de la transmisión seleccionada (Et), expresado de la siguiente manera:
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Potencia necesaria para superar la fricción.- entendido como la potencia en HP necesaria para manejar el transportador en vacio.
Tabla 10
Selección de Bujes para Colgantes
De tabla 10 escogemos el factor
de acuerdo al tipo de código de rodamiento especificado en tabla 3 cuando se dieron especificaciones técnicas para granalla en el grupo de bujes tipo H, escogemos como tipo de buje el de hierro duro Martin por ser auto lubricado y36
Tabla 11
Factor de Diámetro Fd
Remplazando datos en la ecuación de la potencia para superar la fricción:
Potencia requerida para transportar el material.
37
Un factor de sobrecarga Fo es utilizado para corregir la potencia calculada HP si esta es menor que 5. Este factor es utilizado para prevenir cualquier sobrecarga en motores pequeños (menores a 5 HP)
Tabla 12
Factor de Potencia de Tipo de Helicoide
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Reemplazando datos en la ecuación de la potencia requerida para transportar el material:
Ahora consideramos en el valor de la potencia calculada un factor de sobrecarga especificada para potencias menores a los 5 HP
De la tabla siguiente seleccionamos un valor de Fo = 1.139
Tabla 14
Factor de Sobrecarga de Potencia
Tabla 18
Factor de Transmisión Et
Seleccionamos motor reductor con acoplamiento cuyo factor de transmisión es de 0.95
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Reemplazando datos en la siguiente fórmula:
Con este valor pasamos a seleccionar el moto reductor de acuerdo a la solicitación de potencia y teniendo en cuenta los RPM de salida. Torque Crítico
El torque ejercido sobre las partes rotativas se calcula con la siguiente fórmula:
Los transportadores de tornillo helicoidal están limitados en su diseño global por la cantidad de torque que puede ser transmitido con
seguridad a través de los tubos, ejes y pernos para ensamblar. La siguiente tabla combina los diversos rangos de torsión admisible en tubos, ejes y tornillos de ensamble para facilitar la comparación de rangos de torque de las partes del sinfín estándar sometidas a
esfuerzos. Cada fila de esta tabla corresponde a un juego de ejes, tubos y pernos de acoplamiento satisfactorios para cada carga dada.
41
41
Con el torque calculado, buscamos fila por fila en la tabla siguiente Con el torque calculado, buscamos fila por fila en la tabla siguiente comparando el torque calculado con los rangos de torque para tubos, comparando el torque calculado con los rangos de torque para tubos, ejes y tornillos de acople, hasta encontrar que estos rangos sean ejes y tornillos de acople, hasta encontrar que estos rangos sean mayores o iguales al torque calculado. Así pues el rango de torsión mayores o iguales al torque calculado. Así pues el rango de torsión más pequeño para cualquier componente será
más pequeño para cualquier componente será el que determineel que determine cuanto torque puede ser transmitido con seguridad.
cuanto torque puede ser transmitido con seguridad. Tabla 19
Tabla 19
Requisito de Torque Requisito de Torque
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42
Las múltiples perforaciones en el tubo del transportador helicoidal y Las múltiples perforaciones en el tubo del transportador helicoidal y en los ejes son para acoplar los tramos de sinfines a los ejes
en los ejes son para acoplar los tramos de sinfines a los ejes
conectores, así pues se tienen de 2 y de 3 perforaciones por extremo conectores, así pues se tienen de 2 y de 3 perforaciones por extremo de cada tramo de sinfín, según las exigencias de torque en el diseño. de cada tramo de sinfín, según las exigencias de torque en el diseño. Cuando el torque transmitido es mayor que el tamaño del tubo, debe Cuando el torque transmitido es mayor que el tamaño del tubo, debe usarse un tubo más grande o uno de pared más gruesa.
usarse un tubo más grande o uno de pared más gruesa. Hallando el torque necesario:
Hallando el torque necesario:
Luego entramos a la tabla 19 de relación de torque y compramos el Luego entramos a la tabla 19 de relación de torque y compramos el valor de nuestro torque calculado con el valor de torque del tubo, valor de nuestro torque calculado con el valor de torque del tubo, ejes y pernos y seleccionamos los siguientes datos:
43
43
De la tabla observamos que el valor del menor torque es de 7600 De la tabla observamos que el valor del menor torque es de 7600 Lbs-pulg. que es el valor de torque que será
Lbs-pulg. que es el valor de torque que será transmitido contransmitido con seguridad, con este valor de torque, con la velocidad en RPM seguridad, con este valor de torque, con la velocidad en RPM deldel transportador y la potencia total calculada entramos al
transportador y la potencia total calculada entramos al catalogo decatalogo de LENTAX que utilizaremos para seleccionar el moto reductor más LENTAX que utilizaremos para seleccionar el moto reductor más adecuado para la transmisión de potencia.
adecuado para la transmisión de potencia.
De catalogo de motor reductores de marca LENTAX seleccionamos De catalogo de motor reductores de marca LENTAX seleccionamos moto reductor con las siguientes especificaciones técnicas:
moto reductor con las siguientes especificaciones técnicas:
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Seleccionamos una transmisión de cadena por ser de velocidad lenta y tendremos que aumentar la velocidad de 44 RPM hasta 70 RPM para eso calcularemos una transmisión por cadena.
Comprobando la capacidad a transportar del husillo helicoidal:
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Donde:
Reemplazando en la formula:
Nos damos cuenta que sobredimensionamos la potencia del motor reductor considerando una sobrecarga en la que interviene el factor de sobrecarga que eleva la potencia, ahora calculamos la potencia sin considerar el factor de sobrecarga:
Con este valor tenemos solo un exceso del 4% con respecto al volumen requerido calculado teóricamente.
Pero el diseño que se está realizando según el Martin para potencias menores que 5.2 HP se le considera un factor se sobrecarga así que solo el cálculo sin factor se sobrecarga es para demostrar que
estamos dentro de los parámetros establecidos y que si queremos la capacidad de transporte exacta del cálculo teórico tenemos solo que reducir la potencia del motor reductor.
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Calculo de la Transmisión por Cadena.
Para nuestro caso utilizaremos un sistema de transmisión por cadena para aumentar la velocidad de giro de 44 RPM a 70 RPM
Calculamos la relación de transmisión:
Del manual de HORI recomienda un rango para el número de dientes del piñón (Z2).
Asumiendo:
Hallando número de dientes de la catalina:
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La nueva relación de transmisión será:
Hallamos la velocidad de salida en RPM:
Calculando la Potencia de diseño:
El valor de 1 se ha calculado de tabla 20 de factores de servicio para maquinas motrices.
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Tabla 20
49
Calculando la Potencia Nominal Equivalente:
El valor de 0.61 se ha tomado de la tabla 21 sobre factor
modificatorio de la potencia a transmitir en función del número de dientes.
Tabla 21
Factor Modificatorio de la Potencia a Transmitir
Selección de la Cadena de Transmisión de Potencia.
De la fig. para una potencia de 5.5 HP y 70 RPM se selecciona cadena tipo ASA 100-1.
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De tabla Nº 22 seleccionamos el paso de acuerdo al tipo de cadena seleccionado en este caso ASA 100-1.
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Tabla 22
Especificaciones para las Cadenas de Rodillos ASA
Especificaciones técnicas de la cadena: Cadena: ANSI -80
Paso: 1-1/4”
Carga de Rotura: 24000 Lbs. Peso Promedio: 2.50 Lbs./pie Velocidad máxima: 150 pies/min Lubricación: Manual
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Calculando los diámetros de paso correspondientes: Hallando diámetro de paso del piñón:
Donde:
dp = diámetro de paso del piñón.
Z2= numero de dientes del piñón = 19
P = paso de la cadena.
Hallando diámetro de paso de la catalina:
Donde:
Dp = diámetro de paso de la catalina.
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Velocidad de la cadena.
La lubricación que se empleara es manual. Calculo de la longitud de cadena.
Donde:
Lp = longitud de la cadena. Cp = distancia entre centros.
Zc = numero de dientes de la catalina = 30 dientes Zp = numero de dientes del piñón =19 dientes. P = paso de la cadena = 1.25”
54
Luego:
Luego:
Entonces tomamos el número más próximo:
Re-calculando la distancia entre centros:
Resolviendo tenemos:
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Dimensiones Principales del Transportador Helicoidal.
Diámetro del Tornillo Helicoidal: 12” Diámetro Eje del Acoplamiento: 2”
Diámetro Interior del Tubo: 2-1/2”
Diámetro Exterior del Tubo: 2-7/8”
Espesor de las Aletas Interno: 1/8”
Espesor de las Aletas Externo: 1/4”
Longitud del Transportador: 142” = 11´10”
Peso: 140 Lbs.
Diámetro de los pernos de acople: 5/8” Paso: 12”
Del manual del American Institute Of Steel Construction obtenemos la siguiente información acerca del tubo Cedula 40:
Diámetro Nominal: 2-1/2”
Diámetro Externo: 2-7/8”
Diámetro Interno: 2-1/2” Espesor: ¼”
Peso: 5.79 lbs/pie
Área de Sección Recta: 1.70 pulg2 Momento de Inercia: 1.53 pulg4 Modulo Elástico: 1.06 pulg3
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Comprobación de la Capacidad del Transportador Helicoidal. Diámetro del Tornillo = Paso = 12”
Diámetro Exterior del Tubo = 2-7/8”
Volumen Total en un Paso de Longitud:
*
+
Sabemos que el volumen de llenado es del 30%:
Este será el volumen transportador en 1 revolución al 30% de llenado.
El volumen transportado en 1 hora será:
La capacidad real de para la cual se ha diseñado el transportador helicoidal será:
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Selección de Ejes.
Tabla 23
De la tabla Nº 22 seleccionamos eje motriz para un diámetro de eje
de 2”.
Selección del Acople para Colgante.
De la tabla Nº 23 seleccionamos las dimensiones de un acoplamiento para rodamiento intermedio con el diámetro de eje de acoplamiento
58
Tabla Nº 23
Selección del Eje Terminal
Con el diámetro de 2” se selecciona en la tabla Nº 24 las dimensiones
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Tabla Nº 24 Eje Terminal
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Tabla Nº 25
Selección de Cuñeros para Ejes Motrices
Diámetro de Eje A B 1 ¼ 1/8 1-1/2 ¼ 1/8 2 ½ ¼ 2-1/2 5/8 5/16 0.5000 0.2500 Ø2.0000 A B
Selección del Tipo de Artesa
De tabla Nº 25 seleccionamos tipo de artesa estándar con brida doble doblez por ser tener más resistencia y rigidez en su sección
transversal comparado con los demás tipos de artesas en U, en la tabla siguiente se dan las siguientes especificaciones técnicas para este tipo de artesa:
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Tabla Nº 25
Artesa Estándar con Brida Doble Doblez
Selección de Cubierta para nuestro Transportador Helicoidal
De la tabla Nº 26 seleccionamos las dimensiones de la cubierta con el valor del diámetro del sinfín y el espesor de la cubierta ya
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Tabla Nº 26
Cubierta Plana Estándar
Selección de Tapas con chumaceras para el Transportador Helicoidal De tabla Nº 27 seleccionamos las especificaciones técnicas con el diámetro del gusano helicoidal:
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Tabla Nº27
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Selección del Soporte de la Artesa
De tabla Nº 28 seleccionamos soporte tipo pie con el diámetro del tornillo helicoidal.
Tabla 28
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Selección del Soporte Colgante.
De tabla donde se selecciono el factor de material se nos especifica usar en nuestro diseño un rodamiento intermedio tipo H,
seleccionaremos el soporte colgante de la siguiente de la siguiente tabla. Seleccionamos colgante 316 porque están diseñados para trabajo pesado en transportadores donde la temperatura anormal requiera de una expansión desigual entre el helicoidal y la artesa del transportador. Se abastecen normalmente rodamientos con bujes de hierro endurecido o de bronce, sin embargo, este colgante puede ser abastecido con otros bujes.
Tabla Nº 29
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Selección de la Entrada de Alimentación de o el Chute de Carga De tabla Nº 30 seleccionamos el tipo de entrada de alimentación de nuestro transportador seleccionando un entrada desmontable
considerando un mantenimiento periódico del transportador helicoidal.
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Tabla Nº 30
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Selección del Chute de Descarga.
Se selecciona de la tabla siguiente un chute tipo final de flujo. Tabla Nº 31
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Selección del tipo de Chumacera y Rodamiento en las Tapas Laterales Se selecciona de la tabla Nº 32 el tipo de chumacera de acuerdo al tipo de disposición de las tapas laterales, el tipo de rodamiento es rodamiento de bolas para lo cual escogemos la chumacera con las especificaciones siguientes:
Tabla Nº 32
