HISTORIA
El transporte de material mediante
cintas transportadoras, data de
aproximadamente el año 1795. La mayoría de
éstas tempranas instalaciones se realizaban
sobre terrenos relativamente plano, así
como en cortas distancias.
El primer sistema de cinta transportadora
era muy primitivo y consistía en leather,
canvas, or rubber belt traveling over a
flat or troughed wooden bed. éste tipo de
sistema no fue calificado como exitoso,
pero provocó incentivar a los ingenieros
para considerar los transportadores como
un rápido, económico y seguro método para
mover grandes volúmenes de material de una
locación a otra.
Durante los años 20, la instalación de la compañía H. C.
Frick, demuestra que los transportadores de cinta pueden
trabajar sin ningún problema en largas distancias. ésta
instalación se realizó bajo tierra, desde una mina recorriendo
casi 8 kilómetros. La cinta transportadora consistía de
múltiples pliegues de algodón de pato con cubierta de goma
natural, que eran los únicos materiales utilizados en esos
tiempos para su fabricación. Although outmoded by today's
standards, los sistemas de manejo de éstos materiales son
seleccionados de preferencia para trabajo pesado, lo cual
permite realizar una mejor elección.
Durante la Segunda Guerra Mundial, los componentes naturales
de los transportadores se volvieron muy escasos, permitiendo
que la industria de goma se volcara a crear materiales
sintéticos que reemplazaran a los naturales. La ventaja básica
de los transportadores de cinta sobre otros tipos de
transporte (como lo son camiones, trenes, transporte aéreo,
etc.) es su variada aplicabilidad a los diferentes
requerimientos de la industria. Diferentes estudios indican
que hoy, los transportadores de cinta se han convertido en el
primer método utilizado para el transporte de material.
CAPACIDAD
Las cintas transportadoras no
tienen competencia en cuanto a
capacidad de transporte. A una
velocidad de 5 m/s, y un ancho de
cinta de 1600mm, ésta puede
descargar más de 100 toneladas
métricas por minuto de material,
esto quiere decir 1000Kg/m3 de
material.
ADAPTACION A LOS DIFERENTES TERRENOS
Los transportadores pueden
seguir la naturaleza ordinaria
del terreno, debido a la
habilidad que poseen para
atravesar pasos relativamente
inclinados (pendientes y
gradientes, de hasta 18�,
dependiendo del material
transportado). Con el
desarrollo de tensiones
elevadas, materiales
sintéticos y/o miembros reforzados de acero, un tramo del
transportador puede extenderse por millas de terreno con
curvas horizontales y verticales sin ningún problema.
UNA CAMA DE CAMINO
El sistema de transportadores de cintas
opera en su propia cama de rodillos,
los cuales requieren un mínimo de
atención. Su reparación o reemplazo, es
simple y fácil, y el costo de su
mantención rutinaria es mínimo.
BAJO PESO DE LA ESTRUCTURA DEL TRANSPORTADOR
El bajo peso de carga y de la estructura del transportador por
metro lineal se consigue con un diseño estructural simple que
permita atravesar terrenos escabrosos o pendientes muy
pronunciadas. La estructura del transportador requiere una
pequeña excavación, permitiendo el afianzamiento a tierra de
ésta, de la forma que se estime como la más conveniente.
Debido a que la estructura es compacta, requiere un mínimo de
protección.
MULTIPLES COMPUERTAS Y PUNTOS DE DESCARGA
Estas características son
importantes en la minería o en
excavaciones, en donde dos o más
operaciones de cavado pueden
dirigirse a un mismo punto central
de carga. En el final de la
descarga, el material puede ser
disperso en diversas direcciones
desde la línea principal. El
material también puede ser
descargado en cualquier punto a lo
largo del transportador mediante la maquinaria complementaria
para éste efecto.
EXTENSI�N Y MOVILIDAD
Las líneas modulares
de los
transportadoras de
cintas, pueden ser
extendidos, acortados
o reubicados con un
mínimo de trabajo y
tiempo.
CONTROL
El diseño propio de los sistemas
de transportadores, ha requerido
reducir el control a botones de
accionamiento en los diferentes
tramos del transportador, y que
además pueden ser controlados
desde estaciones permanentes de
control.
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE CINTAS.
INTRODUCCION
Muchos ingenieros y diferentes usuarios de los
transportadores de cinta, están familiarizados con la teoría y
los fundamentos de la transmisión por correa. Un análisis de
los aspectos generales de los transportadores de cintas,
permite determinar que la transmisión por correa provee de una
base para el diseño de los transportadores de cintas y
elevadores de cintas. En ambos transportadores la transmisión
por correa, es transmitida por fricción entre la cinta y los
tambores o poleas de accionamiento. Ciertamente otros
elementos del diseño, que también colaboran con el sistema de
transmisión, son determinantes tanto en la potencia de la
transmisión como en la cantidad de material transportado. La
similitud entre ambos casos permite analizar y discutir si los
fundamentos del diseño de cintas están restringidos
específicamente tanto a los transportadores como elevadores.
DEFINICIONES
� Tensión en una correa es una fuerza actuando a lo largo de
la cinta, tendiendo a elongarla. La tensión de la correa es
medida en Newtons. Cuando una tensión es referida a una
única sección de la cinta, es conocida como una tensión
unitaria y es medida en Kilonewtons por metro (kN/m).
� Torque es el resultado de una fuerza que produce rotación
alrededor de un eje. El torque es el producto de una fuerza
(o tensión) y de la extensión del brazo que se está
utilizando y es expresado en Newton por metro (N*m).
� Energía y trabajo están relacionados muy cercanamente
debido a que ambos son expresados en la misma unidad. El
trabajo es el producto de una fuerza y la distancia a
recorrer. La energía es la capacidad de ejecutar un trabajo.
Cada uno es expresado en Joules, en el que un Joule equivale
a un Newton-metro. La energía de un cuerpo en movimiento es
medida en Joules.
� La potencia es la relación entre la realización de un
trabajo o transmisión de energía. La unidad mecánica de
potencia es el watt, que es definido como un Newton-metro
por segundo.
La potencia empleada en un periodo de tiempo produce
trabajo, permitiendo su medición en kilowatt-hora.
CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO
a) TENSION.
Una cinta transportadora es simplemente un medio para
llegar a un fin, un medio para el transporte de material desde
un comienzo A, hasta un punto final B.
Para efectuar el trabajo de mover material desde A hasta B, la
correa requiere potencia que es proporcionada por un tambor
motriz o una polea de conducción. El torque del motor
transforma en fuerza tangencial, llamada también tensión
efectiva, a la superficie de la polea de conducción. éste es
el �tir�n� o tensión requerida por la correa para mover el
material de A a B, y es la suma de lo siguiente:
� La tensión debe vencer la fricción de la correa y de los
componentes en contacto con ella.
� La tensión debe vencer la fricción de la carga, y
� La tensión debe aumentar o disminuir debido a los cambios
de elevación.
b) FLEXIBILIDAD.
Las figuras a y b, ilustran que la correa debe ser diseñada
con una suficiente flexibilidad transversal en la zona de
carga propiamente tal.
Para una cinta transportadora vacía, la cinta debe hacer
suficiente contacto con el centro de los rollos de los polines
o no funcionará correctamente. En la figura a, la correa es
demasiado tiesa para hacer contacto con el centro de los
rollos y, por esto, se aumentan las posibilidades de causar
daño considerable a los bordes de la cinta.
En la figura b, el contacto es suficiente como para guiar la
cinta a lo largo de los polines.
Cuando el diseño de la cinta indica restricciones de carga,
éstos deben ser respetados y chequeados, mediante sistemas
que eviten la sobrecarga, como lo sería una carcasa
protectora. Para cada material a transportar, existen valores
referenciales establecidos de carga, así como métodos para el
cálculo de éstos.
Figure a) Cinta tiesa, trabajo inapropiado. Figure b) Cinta flexible, trabajo apropiado.
c) OTRAS CONSIDERACIONES.
La mayoría de los transportadores son relativamente simples
en diseño y bajos en tensión. Sin embargo, como los
transportadores han pasado a ser más extensos, más complejos
y han aumentado su tensión, la investigación se torna
primordial para poder obtener ventajas industriales, y ésta
generalmente se realiza en uno o más de los siguientes puntos:
1. Aceleración y roturas, problemas de tensión.
2. Costo en tiempo y distancia.
3. Curvas verticales y terrenos irregulares.
4. Trough to flat transition distances.
5. Cambios de longitud.
6. Problemas en las dos poleas conductoras.
7. Múltiples perfiles de los transportadores.
8. Graduar el espacio entre polines.
DEFINICION Y CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS DE CINTAS
TRANSPORTADORAS.
Transportador es un elemento o maquinaria de carácter
preferentemente electromecánico, destinado a trasladar
productos o materias primas entre dos o más puntos, alejados
entre sí, ubicados generalmente, dentro de una misma planta
elaboradora.
� Uso de los transportadores.
Los principales usos de los transportadores se dan
mayormente en la minería, construcción, industria alimenticia,
industria motriz entre otros.
� Tipos de transportadores.
Existen variados tipos de transportadores, y una
variación de los mismos, pero los principales que podemos
nombrar son:
� Cinta transportadora.
� Elevador de capachos.
� Tornillo helicoidal.
Figura esquemática de los componentes de una cinta
transportadora.
Componentes de una cinta transportadora
Definición de componentes pertenecientes a las cintas
transportadoras:
a) Estructura soportante: la estructura soportante de una
cinta transportadora está compuesta por perfiles tubulares
o angulares, formando en algunos casos verdaderos puentes
que se fijan a su vez, en soportes o torres estructurales
apernadas o soldadas en una base sólida.
b) Elementos deslizantes: son los elementos sobre los cuales
se apoya la carga, ya sea en forma directa o indirecta,
perteneciendo a estos los siguientes;
� Correa o banda: la correa o banda propiamente tal, que
le da el nombre a éstos equipos, tendrá una gran variedad
de características, y su elección dependerá en gran parte
del material a transportar, velocidad, esfuerzo o tensión
a la que sea sometida, capacidad de carga a transportar,
etc.
� Polines: generalmente los transportadores que poseen
éstos elementos incorporados a su estructura básica de
funcionamiento, son del tipo inerte, la carga se desliza
sobre ellos mediante un impulso ajeno a los polines y a
ella misma.
c) Elementos motrices: el elemento motriz de mayor uso en los
transportadores es el del tipo eléctrico, variando sus
características según la exigencia a la cual sea sometido.
Además del motor, las poleas, los engranajes, el
motorreductor, son otros de los elementos que componen el
sistema motriz.
c) Elementos tensores: es el elemento que permitirá mantener
la tensión en la correa o banda, asegurando el buen
funcionamiento del sistema.
d) Tambor motriz y de retorno: la función de los tambores es
funcionar como poleas, las que se ubicaran en el comienzo y
fin de la cinta transportadora, para su selección se
tomarán en cuenta factores como: potencia, velocidad, ancho
de banda, entre otros.
CALCULOS GENERALES DE UNA CINTA TRANSPORTADORA.
1. CUBICACION DEL MATERIAL.
2. CALCULO DE LA HOLGURA DE LA BANDA.
La holgura de la banda se ubica en los costados de la
banda (en figura aparece como D), ésta permite tener un
margen de espacio utilizado para impedir que el material a
transportar rebalse.
D = 0,055xB + 0,9pulg.
Siendo: D= holgura de la banda (plg.)
= ancho de la banda (plg.)
3. CALCULO DEL ANCHO PLANO DE LA BANDA (material).
El ancho plano de la banda es donde se ubicar� el material al
ser transportado.
Siendo: = ancho de la banda (plg.)
4. CALCULO DEL AREA DEL MATERIAL A TRANSPORTAR.
Siendo: = área del material (m2)
= altura del material (m)
= base del material (m)
5. CALCULO DE LA CINTA COMPLETAMENTE CARGADA.
Siendo: = cinta completamente cargada (m3)
= largo de la cinta (m)
= área del material (m2)
6. CACULO DE LA VELOCIDAD NECESARIA.
Para el cálculo de la velocidad necesaria, deberemos tener el dato de la capacidad volumétrica de nuestra cinta transportadora. Dato que por lo demás siempre es conocido ya que es la cantidad de material a descargar por hora.
Primero calcularemos la velocidad en número de veces que
la cinta deba ser llenada o cargada.
Siendo: = número de veces que la cinta debe ser
cargada por hora.
= capacidad (m3)
= volumen total (m3)
Ahora se calculará la velocidad en m/h.
Siendo:
= velocidad (m/h)
= número de veces que la cinta debe ser
cargada por hora.
= largo de la cinta (m)
Para efectos de cálculo la velocidad deberá ser trabajada en m/s, por lo tanto se realizará la conversión necesaria.
7. CALCULO DEL PESO A TRANSPORTAR.
El cálculo del peso a transportar nos permitirá
obtener la capacidad que deberá transportar nuestra cinta en
toneladas/hora.
Siendo:
= peso a transportar (ton/h)
= peso específico material (Kg/m3)
= capacidad volumétrica cinta por hora (m3/h)
= coeficiente corrección de concavidad y
sobrecarga.
= coeficiente corrección de inclinación.
Para el coeficiente Z1, es posible obtener su valor
mediante el conocimiento del ángulo de sobrecarga dinámica del
material a transportar.
En cuanto al coeficiente Z2, su nombre claramente lo
indica siendo éste, el valor angular de inclinación de la
cinta transportadora.
Ambos valores Z1 y Z2, pueden ser extraídos del texto
PIRELLI, manual para la construcción de cintas
transportadoras.
8. DEFINICION Y SELECCION DE POLINES.
a) Polines de carga: el polín de carga de mayor
utilización es el de tres rodillos de un mismo largo, con una
inclinación de rodillos usualmente de 20, 35, o 45. Al mismo
tiempo, los polines de 20 son los más utilizados en la
mayor�a de los casos, con los polines de 35� y 45�,
usualmente son utilizados s�lo con granos y materiales
livianos. Sin embargo, m�s recientemente los polines de
�ngulos mayores, especialmente los de 35�, est�n siendo
utilizados con mayor frecuencia en diferentes aplicaciones
dentro de las industrias. Las dos principales razones para el
uso de los polines de �ngulos mayores (35� y 45�) son para
obtener una mayor capacidad de transporte y mayor control
sobre el derrame de material, especialmente en inclinaciones.
Generalmente en la construcci�n de cintas transportadoras se
selecciona el polin de menor �ngulo debido a que se
proporciona mayor manejo sobre el material con un m�nimo
control de derrame de �ste.
La siguiente figura muestra un polin de carga est�ndar, que
permite la selecci�n de �ste conociendo sus dimensiones, sin
duda alguna la selecci�n del pol�n deseado se podr� realizar
con cualquier cat�logo de polines que entregue los datos
t�cnicos necesarios para ello.
ANCHO
CORREA
MODELO
A
B
C
D
G
H
PESO
(KG) DI�METRO RODILLO
b) Polines de impacto: los polines de impacto se encuentran en
variados modelos, y su dise�o est� adaptado para el impacto
que se produce en la recepci�n del material, su �ngulo de
inclinaci�n ser� el mismo del polin de carga, permitiendo una
uniformidad en el transporte.
La siguiente figura muestra al igual que la anterior los
datos t�cnicos necesarios para la selecci�n del polin de
impacto.
ANCHO
CORREA
MODELO
A
B
C
F
G
H
PESO
(KG) DI�METRO RODILLO
c) Polines de retorno: los polines de retorno como su nombre
lo indica, permiten el retorno de la banda mediante el apoyo
de �sta.
La siguiente figura muestra al igual que las anteriores
los datos t�cnicos necesarios para la selecci�n del polin de
retorno.
ANCHO
CORREA
MODELO
A
C
D
G
PESO
(KG) DI�METRO RODILLO
9. C�LCULO DE LA DISTANCIA ENTRE POLINES.
Para la determinaci�n de la distancia entre polines, se
utilizar� la siguiente tabla la cual nos entrega el espacio
recomendado entre polines de:
ESPACIO SUGERIDO DE RODILLOS DE CARGA Y DE RETORNO
ANCHO DE
BANDA PLG.
PESO DEL MATERIAL EN LB/PIE3RODILLOS DE
RETORNO35 50 75 100 125 150
14182430364248546072
51/251/2555
41/241/241/244
55
41/241/241/241/2444
31/2
55
41/241/2444
31/231/231/2
55444
31/231/231/233
41/241/244
31/231/231/2333
41/241/244
31/23333
21/2
101010101010
9 a 109 a 109 a 109 a 10
FUENTE: EUZKADI
Cabe destacar que la distancia sugerida entre rodillos
puede variar dependiendo del criterio del dise�ador.
10. DETERMINACI�N DE LA ALTURA A TRANSPORTAR EL MATERIAL.
Para la determinaci�n de la altura, dato necesario
para el c�lculo de la potencia motriz, s�lo deberemos aplicar
trigonometr�a b�sica, siendo el resultado de �sta el valor a
utilizar.
Para aquellos casos en que la cinta tenga una inclinaci�n
de 0� o inferior, �ste valor deber� ser omitido.
11. C�LCULO DE LA POTENCIA EN EL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo:
= potencia tambor motriz. (Kw)
= factor en funci�n del largo de cinta.
= factor de rozamiento.
L= largo de la cinta.(m)
= peso de la banda.(Kg/m)
= peso de los polines de carga.(Kg/m)
= peso de los polines de retorno.(Kg/m)
= peso da transportar.(Tons/h)
= velocidad.(m/s)
= altura a transportar el material.(m)
= recargo.(Kw)
Los factores C4 y pueden ser extra�dos del cat�logo
�TRANSILON, bandas transportadoras y para
procesamientos�.
12. C�LCULO DE LA POTENCIA MOTRIZ NECESARIA.
Siendo:
= potencia motriz necesaria. (Kw)
= potencia tambor motriz. (Kw)
= rendimiento (89% = 0.89).
Con el c�lculo de la potencia motriz necesaria podemos realizar la selecci�n de nuestro motor mediante cat�logo. 13. C�LCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA.
El c�lculo realizado anteriormente, (potencia motriznecesaria), nos permiti� realizar la selecci�n del motor que vamos a utilizar, �ste motor nos entregar� una potencia diferente a la obtenida por c�lculo (generalmente mayor), por
esto se debemos calcular la potencia efectiva de �ste motor dada por la siguiente f�rmula.
Siendo:
= potencia efectiva. (Kw)
= potencia entregada por el motor. (Kw)
= rendimiento (89% = 0.89).
14. C�LCULO DE LA FUERZA PERIF�RICA EN EL TAMBOR.
Siendo:
= fuerza perif�rica en el tambor. (N)
= potencia efectiva. (Kw)
= velocidad. (m/s)
15. C�LCULO DE LA TENSI�N M�XIMA EN LA BANDA.
Siendo:
= tensi�n m�xima en la banda. (N)
= fuerza perif�rica en el tambor. (N)
= factor en funci�n del �ngulo de
abrazamiento, y tipo de tambor.
Siendo:
= factor en funci�n del tipo de correa.
= tensi�n m�xima en la banda. (N)
= ancho de la banda. (mm)
Para �ste c�lculo debe cumplirse que
Los factores C1 y C2 pueden ser extra�dos del cat�logo
�TRANSILON, bandas transportadoras y para procesamientos�.
16. DETERMINACI�N DE LA DISTANCIA DE TRANSICI�N.
17. C�LCULO DEL DI�METRO M�NIMO DEL TAMBOR DE
ACCIONAMIENTO.
Siendo:
= di�metro m�nimo del tambor. (mm)
= potencia efectiva. (Kw)
= velocidad. (m/s)
= �ngulo de abrazamiento. (�)
= ancho de la banda. (mm)
el resultado obtenido por c�lculo puede ser comparado con
los di�metros recomendados en diferentes cat�logos de cintas,
que seg�n las especificaciones antes obtenidas permiten una
selecci�n con mayor rapidez, lo ideal es que ambos datos
(cat�logo y calculado), se aproximen en su valor.
18. C�LCULO DEL N�MERO DE REVOLUCIONES DEL TAMBOR DE
ACCIONAMIENTO.
Siendo:
= revoluciones del tambor de
accionamiento. (1/min)
= velocidad. (m/s)
= di�metro tambor seleccionado. (mm)
19. C�LCULO DE LA RELACI�N DE REDUCCI�N.
Siendo:
= relaci�n de reducci�n.
= revoluciones por minuto de entrada.
(1/min)
= revoluciones por minuto de salida.
(1/min)
20. C�LCULO DEL TORQUE EN EL EJE DEL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo:
= torque en el eje del tambor motriz. (Kp*m)
= potencia. (HP)
= revoluciones por minuto de salida. (rpm)
Con los datos de relaci�n de reducci�n ( ), y torque en
el eje del tambor motriz ( ), podemos realizar la selecci�n
del motorreductor que m�s se acerque a las especificaciones
calculadas.
21. C�LCULO DEL DI�METRO DEL EJE DEL TAMBOR MOTRIZ.
Siendo:
= momento de inercia. (cm4)
= momento torsor. (Kg/cm)
= longitud eje. (cm)
= �ngulo de torsi�n permisible. (rad)
= modulo de elasticidad del acero. (Kg/cm2)
Para obtener el di�metro del eje debemos recordar que
para el c�lculo del momento de inercia podemos utilizar
diferentes f�rmulas, es as� como el di�metro estar� dado por
la siguiente ecuación:
Por despeje tenemos que el diámetro será igual a:
Siendo:
diámetro del eje. (cm)
= momento de inercia obtenido en la fórmula
anterior. (cm4)
22. CALCULO DE LA SUJECION DEL MOTOR.
mediante despeje tenemos:
Siendo:
= momento. (Kp*m)
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