Universidad de Talca Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica
Proyecto Disciplinario
Diseño de tornillo transportador
para abastecer una caldera
de aserrín
Informe #3
Profesor Guía:Leonardo Albornoz A. Alumnos Grupo 7:
Ignacio Acevedo M. Alejandro Catalán O. Gonzalo Molina C. Francisco Roa Z. CURICÓ – CHILE 2012
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Resumen
Para el problema propuesto, se planteó como técnica de solución diseñar, calcular y seleccionar un “sectional flight screw conveyor double” para abarcar los 0.8 metros de la parrilla de la caldera.
Tomando en cuenta las dimensiones de la entrada de la caldera, se calcularon las dimensiones del “U - trough double”. Así, los componentes del tornillo fueron seleccionados de “Link Belt® Catalog”, perteneciente a la empresa FMC Technologies.
El diámetro de cada tornillo es de 12 pulgadas y el largo de éste es de 5 pies, que fueron los parámetros para seleccionar los demás componentes. El código del equipo es: 12S412-F.
Utilizando este mismo catálogo, se determinaron las propiedades y características del material a transportar: aserrín. El código de material es 20D345VY, lo que indica que es un material granular, de fluidez lenta, ligeramente abrasivo, que tiende a aglomerarse y muy liviano.
También se seleccionaron otros elementos y equipos, como motor eléctrico, rodamientos, sistema de transmisión, tolva de alimentación o chuta y la estructura soportante. Usando igualmente los catálogos correspondientes.
Finalmente, si dibujaron los planos constructivos de cada componente, especificando sus dimensiones. Además de un plano general con la propuesta de solución.
El peso estimado del “sectional flight screw conveyor double” es de 800 kg. Y el costo es de US$ 5,000, con un tiempo de entrega de 6 a 8 semanas, según FMC Technologies Chile Ltda.
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Abstract
For the proposed problem, it was proposed as a technique for solution design, calculate and select a sectional flight screw conveyor double to cover the 0.8 meters of the grid of the boiler.
Taking into account the size of the entrance to the boiler, it were calculated the dimensions of the “U-double trough”. Thus, the screw components were selected from Link Belt Catalog, by FMC Technologies.
The diameter of each screw conveyor is 12 inches, and the length is 5 feet, these were the parameters to select the other components. The conveyor screw number is: 12S412-F.
Using this same catalog, were determinate the properties and characteristics of the conveyed material: wood chips, screened. The material code is 20D345VY, this indicate that it is a granular material, slow flow, slightly abrasive, which tends to agglomerate and it is very light.
Also were selected others elements and equipment, such electric motor, bearing, transmission system, feed hopper or chute, and the supporting structure. Using also relevant catalogs.
Finally was drawn the construction plans of each component, specifying dimensions. Besides a general plan with the proposed solution.
The estimated weight of sectional flight screw conveyor double is 800 Kg. And the cost is U.S $5.000, with a delivery time of 6 to 8 weeks, according to FMC Technologies Chile Ltda.
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Índice
RESUMEN ________________________________________________________________________________ 2 ABSTRACT _______________________________________________________________________________ 3 ÍNDICE ___________________________________________________________________________________ 4 INTRODUCCIÓN __________________________________________________________________________ 6 1. OBJETIVOS __________________________________________________________________________ 7 1.1. OBJETIVO GENERAL _________________________________________________________________ 7 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ____________________________________________________________ 7 2. ANTECEDENTES _____________________________________________________________________ 8 2.1. SITUACIÓN PLANTEADA ______________________________________________________________ 8 2.2. CONDICIONES ESTABLECIDAS _________________________________________________________ 83. DISEÑO CONCEPTUAL Y SOLUCIÓN TÉCNICA _______________________________________ 10 4. MATERIAL A TRANSPORTAR ________________________________________________________ 11 5. DISEÑO DEL TORNILLO TRANSPORTADOR __________________________________________ 13
5.1. CATÁLOGO UTILIZADO ______________________________________________________________ 13 5.2. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL ____________________________________________________ 14 5.3. CAPACIDAD DEL TORNILLO TRANSPORTADOR HORIZONTAL ________________________________ 15 5.4. GRUPO DE COMPONENTES __________________________________________________________ 16
5.4.1. Diámetro de acoplamiento, número de tornillo, ancho de canal y de tapa ___________ 16 5.4.2. Sectional Flight Conveyor Screw ______________________________________________ 17
5.5. DISEÑO DE LA TOLVA DE ALIMENTACIÓN _______________________________________________ 18 5.6. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA SOPORTANTE _____________________________________________ 20
6. COSTOS ____________________________________________________________________________ 27 7. DISCUSIÓN Y ANÁLISIS _____________________________________________________________ 28 8. CONCLUSIONES ____________________________________________________________________ 29 9. BIBLIOGRAFÍA ______________________________________________________________________ 30 10. MEMORIA DE CÁLCULOS _________________________________________________________ 31
10.1. CÁLCULO DE POTENCIA REQUERIDA POR EL TORNILLO _________________________________ 31
11. PLANOS DE DISEÑO DE LOS COMPONENTES ______________________________________ 46
11.1. SECTIONAL FLIGHT CONVEYOR SCREW _____________________________________________ 46 11.2. SPLIT FLIGHT COUPLING _________________________________________________________ 47 11.3. TROUGH _______________________________________________________________________ 48 11.4. U–TROUGH DOUBLE ____________________________________________________________ 49 11.5. COVER FLANGED,U-TROUGH SCREW CLAMPED _____________________________________ 50 11.6. DRIVE SHAFTS AND END SHAFTS __________________________________________________ 50
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12. TABLAS __________________________________________________________________________ 53
TABLA N°1CODIFICACIÓN DEL MATERIAL _____________________________________________________ 53 TABLA N°2CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL ____________________________________________________ 54 TABLA N°3CAPACIDAD DEL TORNILLO TRANSPORTADOR HORIZONTAL _____________________________ 55 TABLA N°4GUÍA DE SELECCIÓN DEL GRUPO DE COMPONENTES __________________________________ 56 TABLA N°5DIÁMETRO DE ACOPLAMIENTO, NÚMERO DE TORNILLO, ANCHO DE CANAL Y DE TAPA ________ 57 TABLA N°6ACOPLAMIENTO Y COLGADOR RECOMENDADO _______________________________________ 58 TABLA N°7FACTOR POR SOPORTE DEL COLGADOR ____________________________________________ 58 TABLA N°8FACTOR POR DIÁMETRO DE LA HÉLICE ______________________________________________ 59 TABLA N°9FACTOR POR SOBRECARGA ______________________________________________________ 59 TABLA N°10SECTIONAL FLIGHT CONVEYOR SCREW ___________________________________________ 60 TABLA N°11DRIVE SHAFTS AND END SHAFT __________________________________________________ 60 TABLA N°12SPLIT FLIGHT COUPLING _______________________________________________________ 61 TABLA N°13U–TROUGH _________________________________________________________________ 62 TABLA N°14DRIVE SHAFT FOR SINGLE BALL BEARING __________________________________________ 62 TABLA N°15END SHAFT FOR SINGLE BALL BEARING ___________________________________________ 62 TABLA N°16COVERS –FLANGED,U–TROUGH SCREW CLAMPED ________________________________ 63 TABLA N°17SHROUDS ____________________________________________________________________ 63 TABLA N°18TROUGH END PLATES –U, FOR BALL BEARING _____________________________________ 64 TABLA N°19TROUGH END FLANGES,SUPPORTING FEET _______________________________________ 64 TABLA N°20BALL BEARING ________________________________________________________________ 65
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Introducción
En este tercer informe, se presenta el desarrollo final del problema propuesto en el módulo de Proyecto Disciplinario.
Inicialmente, se definió y comprendió el problema. Visualizando los conocimientos necesarios para abordarlo, se plantearon propuestas de solución en base a un análisis de criticidad, el cuál sirvió de guía para seleccionar el sistema de transporte de material que mejor cumpla con las condiciones establecidas y con las condiciones que implica abastecer una caldera de aserrín.
Para diseñar el tornillo sinfín, se utilizaron catálogos para calcular y seleccionar los componentes de éste. Además, fue necesario usar catálogos para seleccionar el motor-reductor, diseñar el chute alimentador y la estructura de acero que servirá de soporte para el sistema.
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1. Objetivos
1.1. Objetivo general
Diseñar, calcular y seleccionar un tornillo transportador para abastecer una caldera de aserrín.
1.2. Objetivos específicos
Seleccionar tipo de aserrín y rango de porcentajes de humedad aceptables. Seleccionar un catálogo de diseño del tornillo sinfín.
Calcular y seleccionar cada uno de los componentes del tornillo sinfín. Seleccionar el motor eléctrico del sistema.
Diseñar la estructura soportante. Diseñar y calcular un chute. Dibujar los planos de ingeniería.
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2. Antecedentes
Antes de comenzar, es necesario recordar la problemática planteada y las condiciones establecidas, las cuales se presentan a continuación:
2.1. Situación planteada
Se tiene una caldera que produce agua caliente (y vapor de baja calidad) en una planta embotelladora en Talca, Séptima región del Maule, Chile.
Esta caldera utiliza un combustible sólido (aserrín) que es cargado hasta donde se ubica la caldera mediante una cinta transportadora.
2.2. Condiciones establecidas
El diseño, cálculo y selección de sistemas de transporte de material, está restringido por las siguientes condiciones:
Material: Aserrín (Woods Chips, Screened)
Capacidad: 500 kg/h.
Equipo de Carga: Cinta Transportadora.
Equipo de Descarga: Caldera
Condiciones de Operación: 16 horas de lunes a domingo
Longitud, Inclinación, Altura de punto de Carga y de Descarga. (ver esquema N°1).
Página | 9 Esquema N°1
3. Diseño conceptual y solución técnica
Diseño conceptual y solución técnica
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4. Material a transportar
Se deben conocer las propiedades y características del aserrín con que trabajará el tronillo transportador. Para el desarrollo de este proyecto, se ha seleccionado el aserrín de Pinus Radiata.
El Pinus Radiata se ha transformado en la especie de madera de mayor importancia económica en la industria forestal, siendo la principal fuente materia prima para los procesos productivos. La gran difusión que ha tenido esta especie se debe a su rápido crecimiento, capacidad de adaptación a diferentes ambientes, fácil manejo de sus plantaciones y a la gran diversidad de aplicaciones de su madera.
Densidad del Pinus Radiata:
Dada la propiedad de la madera de variar rápidamente su contenido de humedad (higroscópica), también varía su masa y volumen provocando aspectos complejos en cuanto al enfoque de una definición de densidad.
En la madera se pueden distinguir tres estados de densidad:
• Densidad Anhídrida: Es la que relaciona la masa y el volumen de la madera anhídrida.
• Densidad Aparente: Es la que relaciona la masa y el volumen, determinado a un mismo contenido de humedad.
• Densidad Básica: Es la que relaciona la masa anhídrida de la madera y su volumen a un contenido de humedad especificado.
La densidad es una de las propiedades más importantes de la madera que definen su calidad. Ésta es generalmente expresada como la relación entre el peso por unidad de volumen, medida en kg/m3 ó lb/pie3.
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Para este proyecto, se considerará el aserrín de Pinus Radiata con 12% de humedad. Lo cual hace estimar una densidad básica de aproximadamente 390 [kg/m3].
Además, podemos estimar un poder calorífico medio de 4200 [kJ/kg] con este mismo porcentaje de humedad para el aserrín seleccionado.
Fuente: Tablas Poder calorífico de maderas y residuos agrícolas, Termodinámica y Termotecnia, Universidad de Chile.
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5. Diseño del tornillo transportador
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5.2. Características del material
El material a transportar por el tornillo sinfín es aserrín. Entonces, de la Tabla N°1, se obtiene lo siguiente:
Material: (Wood Chip, Screened). Densidad: (10 – 30) lbs/ft3.
Código de material: 20D345VY.
Serie de componentes: 2A – 2B. Factor de material: Fm = 0,6.
Con esto, en la Tabla N°2, se definen las características del aserrín siguiendo el código de clase de material: 20D345VY.
D3: Material tipo granular bajo 3” de tamaño.
4: Fluidez lenta, función de flujo < 2. 5: Ligeramente abrasivo, índice 1 – 17. V: Material aglomerante que se entrelaza.
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5.3. Capacidad del tornillo transportador horizontal
Para establecer la capacidad del tornillo transportador, se debe considerar la primera letra y los dos dígitos siguientes del código de material. En este caso, se tiene D34. Además del diámetro del tornillo estimado para este proyecto: 9”.
De la Tabla N°3, se extraen los siguientes datos:
Máximo código de material Tipo A (no abrasivo): D35.
Capacidad máxima: 30%. Diámetro del Tornillo: 12”.
Máximo de r.p.m. recomendado: 90 r.p.m.
Capacidad de transporte de material a máxima r.p.m.: 1160 [ft3/hr]. Capacidad de transporte de material a 1 r.p.m.: 12,9 [ft3/hr].
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5.4. Grupo de componentes
De la Tabla N°1 el grupo de componentes recomendados para el tornillo transportador, son los de serie 2A – 2B. Esto indica servicio fuerte para materiales no abrasivos o materiales que contengan gránulos sobre ½”.
Para las condiciones dadas en este proyecto, se selecciona el grupo de componentes 2A (Ver Tabla N°4).
El grupo de componentes 2A indica que se usarán colgadores del tipo de rodamiento de bola auto-alineable, debido a que es más práctico, reduce el consumo de energía y disminuye los niveles de ruido.
5.4.1.
Diámetro de acoplamiento, número de tornillo, ancho de
canal y de tapa
Viendo la Tabla N°5, con 9” de diámetro del tornillo, se tiene que:
Diámetro de acoplamiento: 2”. Número de Tornillo: 12S412. Ancho de canal: 3/16”.
Ancho de tapa: 14 gauge (0,1875”).
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5.4.2.
Sectional Flight Conveyor Screw
Ver Tabla N°10
Diámetro tornillo transportador: 12”. Diámetro de acoplamiento: 2”. Número de tornillo: 12S412-F.
Número de partes: Mano izquierda: 172-135-AZ. Número de partes: Mano derecha: 172-135-BZ. Largo: 11’ 10”.
Peso promedio: por sección: 150 lb. Peso promedio: por pie: 13 lb.
Máxima potencia a 100 r.p.m.: 10 HP.
Diámetro nominal del tubo: interior: 2 ½”, exterior: 2 7/8”. Espesor: 3/16”.
Paso: 12”. F: 5/8”. K: 2”.
Para las dimensiones y características del resto de los componentes, ver desde la Tabla N° 11 en adelante.
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5.5. Diseño de la tolva de alimentación
Se denomina a un dispositivo destinado a depósito y canalización de materiales granulares o pulverulentos. En muchos casos, se monta sobre un chasis que permite el transporte.
Capacidad menor que los silos (30 a 300 m2)
Se pueden construir en hormigón o en chapa de acero. Suelen utilizarse para los productos finales (comerciales).
Pueden ser de fondo plano (el árido actúa como protección) o inclinado.
La extracción se hace mediante alimentador o por gravedad.
La carga puede hacerse directamente sobre camión (tolva elevada) o mediante cinta.
Generalmente es de forma cónica y siempre es de paredes inclinadas, de tal forma que la cargase efectúa por la parte superior y la descarga se realiza por una compuerta inferior. Son muy utilizadas en agricultura, en construcción de vías férreas y en instalaciones industriales. Ventajas: -Menor segregación. -Menor contaminación. Desventajas: -Mayor inversión.
-Mayor coste de mantenimiento.
8,04 m2 es el total de área que compone el Chute, por lo que el costo de fabricación será de $ 200.978.
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5.6. Diseño de la estructura soportante
El cálculo de las estructura tiene por objeto el estudio de la estabilidad y resistencia de las construcciones de manera que bajo las acciones que aquellas soportan tanto las fuerzas internas -denominadas tensiones o esfuerzos- como las deformaciones que se presentan han de quedar dentro de ciertos límites establecidos
PROCESO DE DISEÑO Y CÁLCULO ESTRUCTURAL.
Las pautas a seguir para calcular un elemento estructural depende, como es lógico, del material con que esté construido y del método empleado, se recoge en el siguiente esquema como es generalmente este proceso:
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DIN 1080 Signos de cálculos estáticos en ingeniería.
Los cálculos que serán para nuestra estructura nos guiaremos por los criterios de Resistivilidad y servivilidad para eso analizáremos nuestra estructura completa y verificaremos si son adecuados para nuestro proyecto
Material: A37-24ES resistencia a la tracción Sut= 3700kgf/mm2
Limite de fluencia Syt= 2400kgf/mm2 Análisis externos
Cálculo de fuerzas MASA: m = 1000 Kg GRAVEDAD: g=9,81 m/s2
PESO: W= 1000Kg * 9,81m/s2
Con W determinado procedo a calcular las reacciones externas MOMENTO: M= R*d
Página | 22 Para las 2 patas del lado derecho
MA= RB*60 – W*30 RB = (W*9810)/ 60 RB= ( 30*9810)/60
Para las 2 patas del lado izquierdo
MB= RA*60 –W*30 RA= (W*30)/60
RB=(9810*30)/60
Es decir cada pata soporta una fuerza de de 2452,5 N Deformación (SERVIVILIDAD)
δp
1
48
⋅
1
80cm
(
)
210000 I
⋅
3
⋅
:=
II
δp
0.0507
I
:=
I
δtotal (δp + δq) < L 300 =
:= RB= 4905N RA= 4905N δtotal (δp + δq) < L 300 =
:=δp
1 P
⋅
L
3⋅
48 E
⋅
⋅
I
:=
P
δq
5 q
⋅
L
4
⋅
384 E
⋅
⋅
I
:=
q
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REEMPLAZAR Y DETERMINAR LA INERCIA
POR RESISTIVILIDAD
Donde Syt lo entrega el materia que es 2400kgf/cm2
Con estos datos calculados como la inercia ‘I’ y el mínimo valor de momento resistente ‘Wmin’ que debe tener el perfil para que el esfuerzo no sea sobrepasado. Pudiendo ingresar a una tabla de perfiles normalizados y comerciales 50.793 I 0.00024921 I + 80 300 = I I := 190.47 cm4 σbMAX (Mmax) Wφ :=
<
(
0 6 Syt
,
⋅
)
78480
W φ
<
1440
W φmin
:=
54.5 cm
3Página | 24 Tabla CINTAC para perfil A37-24ES
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Precio de perfiles para las patas o soportes se comprara una tira de 6 mts con las siguientes características de cotización.
Plancha de 800 x 1549 x 55 medidas en mm. Costo aproximado $47000 Costo mano de obra ocupando soldadura E6011 en= $35000
COSTO TOTAL MESA SINFÍN = $40290 $47000 + $35000
Producto terminado
Medidas en pulgadas
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6. Costos
Para estimar los costos del tornillo transportador, el grupo se contactó vía email con un representante de FMC Technologies Chile Ltda. Don Carlos C. Rodríguez Q. correo: [email protected]
A este contacto se enviaron las dimensiones y características de los componentes del tornillo sinfín diseñado, recibiendo la información de los costos estimados, peso y tiempo de entrega.
Costo estimado: U.S. $ 5,000 (U.S. $ 1 = $500 aprox.) Peso estimado: 800 kg.
Tiempo de entrega: 6 a 8 semanas.
COSTO TOTAL MESA SINFÍN = $40.290 $47.000 + $35.000 $122.290
COSTO TOTAL CHUTE = $ 200.978
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7. Discusión y análisis
El tornillo diseñado es un Sectional fligh screw conveyor double, con el propósito de abastecer continuamente la caldera de aserrín y abarcar los 0,8 m de parrilla.
En base a las dimensiones dadas de la entrada a la caldera, se calculó el canal doble, con esto se seleccionó el diámetro de cada tornillo. De esta forma, se ocupará la mayor área posible de la entrada de la caldera para evitar las pérdidas de calor.
Tornillo es por secciones, así cuando haya alguna falla, sólo se debe cambiar la hélice dañada.
El material a transportar es aserrín, el cual fue estimado a una densidad y humedad determinada para efectuar los cálculos de rpm y potencia. Sin embargo, es posible que estas propiedades del aserrín no sean constantes y algunas veces se requiera más potencia. Es por esto que se recomienda mantener la sala de caldera a una temperatura y humedad ambiental que permita mantener dichas propiedades.
La estructura soportante del tornillo sinfín se diseñó para mantener estable este equipo durante su funcionamiento y evitar vibraciones que dañen algún componente.
Para alimentar el tornillo sinfín de aserrín, se ha diseñado una tolva de alimentación o chute, el cual guía el aserrín que cae de la correa transportadora hasta la entrada del tornillo.
Hay consideraciones que no se han tomado en cuenta, como la temperatura del hogar a la que será expuesta la parte de descarga del equipo. Esto hace que los componentes sometidos a estas temperaturas fallen antes de lo estimado por el fabricante
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8. Conclusiones
Al finalizar este proyecto, se puede rescatar la metodología que se utilizó para llegar al desarrollo final de una propuesta de solución.
Fue importante analizar primero el problema planteado, acotar el problema a qué es realmente lo que se está pidiendo y buscar distintas alternativas para resolverlo.
Considerando diversos factores para este proyecto en específico, se logró determinar que la mejor opción es el tornillo sinfín. El cual se debió diseñar de acuerdo a las condiciones establecidas inicialmente.
Como se ha dado en otros módulos, el uso de un catálogo de diseño sirve como base para determinar las dimensiones de cada componente del equipo.
Otro factor importante a rescatar es el trabajo en equipo, ya que permite trabajar cada uno en un determinado ítem, alivianar las responsabilidades de cada uno, pero que en el conjunto se ve el resultado.
Finalmente, en este proyecto hay ciertas modificaciones que podrían hacerse para mejorarlo aún más. Por ejemplo: diseñar un nuevo sistema de acoplamiento en el sector de descarga del tornillo que está sometido a altas temperaturas. Y también, haciendo otro análisis, se recomiende usar 3 tornillos para mejorar el rendimiento total del sistema.
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9. Bibliografía
“Disponibilidad de residuos madereros” Publicado por: CNE, INFOR, GTZ – Santiago de Chile, octubre de 2007.
“Potencial de Biomasa forestal” - Publicado por: CNE, INFOR, GTZ – Santiago
de Chile, enero de 2008.
“Variación de la densidad de la madera de Pinus Radiata D.Don.”- Memoria para optar al título de Ingeniero Forestal, Sandra A. Carrizo C. – Universidad de Talca – Chile, año 2000.
Catálogo de diseño de tornillo transportador: “Link-Belt® Screw Conveyors” - FMC Technologies.
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10. Memoria de cálculos
10.1. Cálculo de potencia requerida por el tornillo
La energía que se requiere para operar el sistema de transporte, es esencialmente la suma de la energía para vencer el rozamiento y la energía para mover el material a transportar.
Para un transportador doble:
=+ ∗ 2,35 ∗ En el cual:
Energía para vencer el roce en vacío para el transportador en HP.
= ∗ ∗ 1000000∗
Energía para vencer el roce del material para el transportador en HP.
= ∗ ∗ 1000000∗ Donde:
C: Capacidad, en pie3/hrs
W: Densidad aparente, en lb/pie3 L: Longitud del transportador, pies
n: Velocidad de rotación, en rpm
=2,23 ∗ % !" # $%&'&( ∗ 2 ≈ 22,55 *+,-45,27 Fd: Factor por diámetro de la hélice
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Fb: Factor por soporte del colgador Fm: Factor por tipo del material F0: Factor de sobrecarga e: Eficiencia de la transmisión Calculando, entonces: = 4,265 ∗ 22,55 ∗ 55 ∗ 261000000 ≈ 0,1375 *- =45,27 ∗ 30 ∗ 165 ∗ 4,2651000000 ≈ 0,9557*- =00,1375 + 0,95571 ∗ 1,35 ∗ 1,60,75 ≈ 3,1 *- ≡ 2,35 *3- Selección motor-reductor:
Motor-reductor sin fin: Adaptados a medida, al torque y velocidad requeridos. Con un alto índice de reducción, tipo:
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Catálogo Motores Cital Chile
Código de motor MH-11 (S87)
Potencia (HP) 3,5
eficiencia 79%
Factor de potencia, cos(φ) 0,9
Peso (Kg) 14,9
RPM de Salida 100
Cálculo de correas de transmisión:
Debido a que las maquinas conducidas tienen formas particulares de funcionamiento, se deben prevenir fallas debidas a los golpes, vibraciones o tirones. Todas estas situaciones se consideraran a través de un factor de servicio que aumenta la potencia transmitida para obtener la potencia de diseño que considerara las características de la maquina y el motor utilizado.
La potencia seria entonces:
45: 4&7$ % # 8% 979 0catalogo RoAlex 1
$79&D5EñF = G ∗ 45 $79&D5EñF = 3,5 ∗ 1,1 $79&D5EñF = 3,85*-
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Conociendo la sección a utilizar se procede a utilizar la relación de transmisión entre ejes (i).
9 =FIJDK
LFMNLDO =
PQ #Q PQ: P9&"$% %9"9$9 # & & $&.
#Q: P9&"$% %9"9$9 # & & %&9#&. 9 =22,5125 9 = 5,56
Conociendo la relación de transmisión se puede calcular los dos diámetros anteriores, usando como mínimo los siguientes valores.
Se procede dando un valor para #Qpara luego calcular PQ de la siguiente manera. PQ = 9 ∗ #Q
PQ = 5,56 ∗ 60 PQ = 333,3 *""-
Con estos valores se puede calcular el largo L aproximado para la correa que se necesita: = 02 ∗ 71 + S1,57 ∗ PQ+ #Q T +PQ− #Q V 4 ∗ 7 : W9$!# # & 7 %%& 7: P98$&79& $$&$9 & $% (8.
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Para determinar la distancia tentativa entre ejes (c) se ocupa la siguiente fórmula:
7 =12 0PQ+ 3#Q1 7 = 256,7 *""-
= 02 ∗ 256,71 + 1,57 ∗ 0333,3 + 601 +0333,3 − 6014 ∗ 256,7 V = 1196 *""-
Una vez obtenido el largo de tabla, se calcula el número de la correa a usar y el largo recomendado por la tabla.
Fuente: catalogo Roflex de correas trapezoidales. Para este caso sería el N°46 con un L= 1198 mm
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Después se calcula el “c” corregido, reemplazando el largo que se obtuvo de la tabla.
= 02 ∗ 71 + S1,57 ∗ PQ+ #Q T +PQ− #Q V 4 ∗ 7 7 = 260 *""-
Potencia que transmite la correa:
Teniendo la velocidad del eje conductor, y la relación de transmisión, se consulta la tabla correspondiente a la sección de correa usada y de ahí se encuentra la potencia que transmite una correa.
Según tabla
1 =11.53 + 3,20.3
1 = 3,22*3-
Ahora según tabla, con L (largo correa) que en este caso es 2007 mm y n° correa (80), se obtiene el factor de corrección c2.
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Entonces c2=1,05
Cálculo del factor de corrección c3.
Con los valores de PQy #Qse consulta la siguiente tabla:
Fuente: catálogo Roflex de correas trapezoidales.
Por lo tanto el factor de corrección, será 0,8
Finalmente se calcula el número de correas (Z).
X = $79& # #98ñ 7 V∗ 7Y∗ Z X =1,05 ∗ 0,8 ∗ 3,223,5
Página | 38 Analizando la polea: ,I = 71620 ∗ \ ,I= 716203,85 ∗ 00,79 ∗ 0,510,72 ,I = 39291,5 ]3W− 7"^ V > Z
De manuales de ingeniería se obtiene que: V Z =
`a
b: 4979$ # % c&"9$ 7 %%& − & d: eW! # 7 $&7$ 7 %%& − &
Asumiendob=0,35 y d, viene dado por la siguiente fórmula: d = 180 −PQ− #7 Q 60=≈ 116,07° → 2,02 *+eP-
Ahora, se despeja F2: V = 2,027Z
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,I = 0V− Z1 ∗ + & 39291 = 02,027Z− Z1 ∗ 278
Z = 133*3W4-
V = 2,027 ∗ 133 = 270*3W4-
Fuerza vertical de la polea:
g = 0Z+ V1 cos ∝ Donde ∝= 180 − d = 180 − 116,07 ≡ 63,93
g = 0270 + 1331 cos 17,46 ≈ 384,4 ]3W^ Fuerza horizontal de la polea:
j = 0270 + 1331 sen 17,46 ≈ 121 ]3W^ Momento resultante encontrado por análisis estático del sistema:
DCL:
Qc: Peso y carga vertical del tornillo y material de transporte.
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Ray: Reacción del rodamiento A.
Rby: Reacción del rodamiento B.
,IFIOl m= n684,6V+ 215,3V ≈ 717,6 ]3W− 7"^ ,IFIOl = n187,3V+ 58,0V ≈ 196 ]3W− 7"^
Según el resultado obtenido por los cálculos, el punto crítico del eje se encuentra en el rodamiento “A” lo que implica que el momento máximo será ,IFIOl m
Cálculo para el diámetro del eje:
Seleccionando el material necesario para trabajar bajo corrosión por humedad y esfuerzos por cambios térmicos, se trabajara con acero inoxidable Austenítico serie 300. oNI = 482,6 *,e- opI= 344,73 *,e- Asumiendo que: P = 3,5 ∗ #EqE # = 2 ∗ #EqE % = 0,5 ∗ #EqE Calculo de Kt por flexión
r d 0.15d d r d 0.15 D d 3.5d ( ) 2 d⋅ D d 1.75
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Con los valores de D/d y de r/d ver gráfico Kt
Kt = 1.6
Usando la teoría de corte máximo en conjunto con la ecuación Soderberg se obtiene la siguiente relación:
#Y =32 ∗ # r st,'o vOu V + wxoOu pI y V ,'zOu = ,IFIOl O ∗ 3I ,'zOu= 717,6 ∗ 1,6 ≈ 1148,1 *{W4 − 7"- Esfuerzo de corte máximo:
xOu = |Ou ∗ 3IFJ5DFM
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Cálculo de fatiga en el eje:
o = o}03& ∗ 3' ∗ 37 ∗ 3# ∗ 3 ∗ 34,1 Cálculo de o} :
o} = o!$ ∗ 0,5 ≡ 482,6 ∗ 0,5 ≈ 241,3 *,&- Cálculo de Ka: 3& = e ∗ o!$ 3& = 4,51 ∗ 482,6~,V≈ 0,9 Cálculo de Kb: 3' = 7,6240 ~,ZZYY≈ 0,828 Cálculo de Kc: 37 = 1 0 % 4 9 1 Cálculo de Kd:
3# = 1,012 0% 78 $%"97 $% & 8 !79 & 7& 9& 2 1 Cálculo de Ke:
3 =341 34 = 1 + 03$ − 11
Página | 43 = 1 1 + &% a: Constante de Newber r: Radio de la muesca = 1 1 + 0,07 √0,0784 ≈ 0,8 34 = 1,48 3 = 0,675 o = 241,300,9 ∗ 0,828 ∗ 1,012 ∗ 1 ∗ 0,675 ∗ 11 ≈ 122,8*,&- #Y =32 ∗ 2 r st 1148,1122,8 ∗ 10v V + t340 ∗ 1039291,5 vV
*El factor de seguridad fue asumido bajo un modelo analítico para cargas y esfuerzos que representan al sistema con precisión según apuntes de diseño mecánico/elementos de máquinas.
Finalmente se reemplaza en la ecuación de corte máximo y se obtiene el diámetro:
# = 0,134 *"- ≡ 13,4 *""-
Para selección comercial, se asumirá un diámetro de eje igual a 15 *""-. Cálculo de la soldadura eje-tornillo:
De tabla 1: propiedades mínimas a la tensión del metal soldante para soldadura al arco de acero.
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para penetrar y un electrodo de E7018 para terminar.
Según la teoría de corte máximo:
Ou = e 5Fl = ∗ =√2 ∗ ℎ ∗ <#O ℎ > √2 ∗ J∗ # O
Cálculo de la fuerza resultante:
J = gV+ V
J = n384,4V+ 121V ≈ 403*3W4- Luego la altura:
ℎ ≈ 0,9 *""- ≈ 1*7"- Selección de rodamientos:
Como existen fuerzas verticales y axiales importantes, se seleccionaran 4 rodamientos de rodillos a rótula, la temperatura de trabajo será menor a 150°C, fiabilidad de 1, el giro del rodamiento será el aro interior, tiempo estimado de trabajo Lh=12.000 horas. Por lo tanto:
E= ∗ ∗ % + ∗ & Como:
V=1; Fa=0; X=1; Y=1
La formula quedara de la siguiente manera:
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Entonces para el rodamiento “A”:
% = n+&V+ +&V
% = n1192,5V+ 375V ≈ 1250*3W4-
Siendo entonces:
E = 1600*3W4- Calculando la capacidad dinámica:
ℎZ = E ´ ∗ ∗ 60 *%8-10 Siendo x´=3, reemplazando: 12000 = 1600 Y∗ 0,079 ∗ 60 *%8-10 Despejando: = 285,6 *G-
Se va a catálogo y seleccionar el rodamiento adecuado:
+ #&"9$ o3: 222113 Con una capacidad dinámica de 13800 N.
D. interior (mm)
D. exterior (mm)
Ancho (mm) Cap. Dinámica (N)
Masa. (Kg)
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11. Planos de diseño de los componentes
11.2. Split Flight Coupling
Split Flight Coupling
11.3. Trough
11.4. U – Trough Double
Trough Double
11.5. Cover Flanged, U
11.6. Drive Shafts and End Shafts
Cover Flanged, U - Trough Screw Clamped
Drive Shafts and End Shafts
11.7. Ball Bearing
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11.8. Fghggfhj
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12. Tablas
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Tabla N°2 Clasificación del material
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Tabla N°3 Capacidad del tornillo transportador horizontal
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Tabla N°4 Guía de selección del grupo de componentes
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Tabla N°5 Diámetro de acoplamiento, número de tornillo, ancho
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Tabla N°6 Acoplamiento y colgador recomendado
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Tabla N°8 Factor por diámetro de la hélice
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Tabla N°10 Sectional Flight Conveyor Screw
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Tabla N°12 Split Flight Coupling
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Tabla N°13 U – Trough
Tabla N°14 Drive Shaft for single Ball Bearing
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Tabla N°16 Covers – Flanged, U – Trough Screw Clamped
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Tabla N°18 Trough End Plates – U, for Ball Bearing
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