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Scientia et Technica Ao XIV, No 40, Diciembre de 2008. Universidad Tecnolgica de Pereira. ISSN 0122-1701 83

Fecha de Recepcin: 8 de Septiembre de 2008.Fecha de Aceptacin: 8 de Noviembre de 2008.

DISEO DE UN SISTEMA DE TRANSPORTEDE MATERIAL DE ARRASTRE TRITURADO DE RO

Design of a system of transports

Material crawls crushed of river

RESUMENActualmente, el sistema de transporte de material de arrastre triturado de ro parala alimentacin del clasificador granulomtrico de la empresa Inversiones ZarateGutirrez, es una de las etapas que involucra un alto costo relativo a su funcin.En este documento se propone un equipo de transporte por banda para el manejode materiales, observando el proceso de trituracin como un todo y

posteriormente se enfoca detalladamente el trabajo en la etapa de inters. En estaetapa, se estudian las variables mecnicas que caracterizan el sistema actual ycon base en esto, se identifican y se efectan mejoras a los problemas tcnicos..

PALABRAS CLAVES: Diseo, Sistema de transporte, Material de rio,Trituracin, Transporte por banda.

ABSTRACT

At the moment, the system of transport to material crushed of river for the

charger of the granulometric classifier of the company Investments Zarate

Gutirrez, is one of the stages that involves a high relative cost to his function. In

this document it proposes a machine of transport for band for the treatment ofmaterials, observing the trituration process like an all and later on it is focused

the work detailedly in the stage of interest. In this stage, the mechanical

variables are studied that characterize the current system and with base in this,

they are identified and improvements are made to the technical problems..

KEYWORDS: Design, System of transport, River Material, Trituration,Transport for band.

OSCAR ARAQUE DE LOS RIOSIngeniero Mecnico, M Sc Prof. delDepto de Ing. MecnicaUniversidad de Ibagu (Colombia)[email protected]@yahoo.com.mx

JUAN PABLO GOMEZ GEstudiante Ultimo SemestreIngeniera MecnicaUniversidad de Ibagu (Colombia)

[email protected],[email protected]

1. INTRODUCCIN

En la planta de material de arrastre Inversiones Zarate yGutirrez, como en todas las empresas que procesanarena y grava, el manejo del material representa una cifraimportante que se ve reflejado en los costos de

produccin; y como el valor de estos productos, porunidad de peso, es reducido, resulta indispensable que elmanejo y transporte de los mismos se realice a un costo

por tonelada bajo. Se afirma que del 60% al 80% delcosto de un producto desde su extraccin y obtencin dela materia prima hasta tener el producto terminadocorresponde al manejo de materiales, en consecuenciacualquier ahorro en este campo es una disminucin realen los costos de produccin [3, 10].Una de las etapas que involucra mayor costo es la quevincula la etapa final de trituracin primaria de materialde arrastre proveniente del molino de mandbulas, figura1, hasta el principio de la etapa de separado porclasificacin granulomtrica en la planta trituradoraempresa, Inversiones Zarate Gutirrez propiedad deInversiones Industrias y Construcciones Ltda. Que seencuentra ubicada en la vereda Las Delicias del

municipio de Espinal-Tolima.

Figura 1. Ducto saliente del molino de mandbulas

Para generar una propuesta de solucin apropiada seprocede a determinar las variables mecnicas quecaracterizan el sistema de transporte, se evalan diversas

propuestas de solucin y posteriormente se disea lapropuesta ms adaptativa a las necesidades actuales de la

empresa.

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2. VARIABLES MECNICAS QUECARACTERIZAN EL SISTEMA DETRANSPORTE

En los procesos de arrastre de material triturado de rioexisten diversas variables que afectan la movilidad deeste a lo largo de las etapas de trituracin, actualmenteexiste una zaranda posterior a un molino de mandbulasque tamiza el tamao de las rocas involucradas en laetapa estudiada como se muestra en la figura 2, lasvariables representativas para el sistema son lassiguientes.

Figura 2. Zaranda oscilante en trabajo

2.1 Flujo Volumtrico y Naturaleza de la Operacin

La empresa, estima el flujo volumtrico mensual. Larazn para que se tome un dato mensual de produccin es

porque en un da puede haber operaciones como: paradastotales por mantenimiento, transporte de material del roa la planta, limpieza de mquinas y despacho de materiala los clientes, entre otras razones; que hace que el

proceso de trituracin se interrumpa. En la actualidad, elpersonal de la empresa labora 8 horas diarias incluyendolas operaciones anteriormente mencionadas. La zarandatiene un flujo por hora1de 50,03 m, como promedio.Para tener en consideracin, la planta demora 15 minutos

para alcanzar el rgimen permanente de trabajo, es decir,

que cuando este apagada, se demora este tiempo en llegara un trabajo de plena carga y de igual manera la planta alapagarse se demora este mismo tiempo para acabartotalmente sus actividades, es decir, tiene un rgimentransitorio de 30 minutos y un rgimen continuo de 7,5horas aproximadamente. La empresa quiere aumentar elflujo de material de arrastre en promedio mensual de totalde 58 a 60m por hora.

2.2 Coeficiente de Rozamiento

1Promedio del flujo en octubre de 2007 suministrado porel ingeniero de planta. Los datos de otros meses sonsimilares a este.

Se desea medir el coeficiente entre el material de arrastre(piedra) y el polmero utilizado en la zaranda vibratoria(polmero de banda transportadora) [1]. Para medir elcoeficiente de rozamiento esttico, se dispuso de un

plano inclinado, de manera que el polmero de bandatransportadora quede en l y se grada la inclinacin pormedio de un transportador debidamente ajustado para lasdiversas configuraciones geomtricas de roca mostradasen la Figura 3, se obtuvieron los coeficientes derozamiento tabulados en la Tabla 1.

Figura 3. Muestra de las rocas utilizadas en la zaranda.

Roca 1 Roca 2 Roca 3 Roca 4 Roca 5

ngulo 1 () 37 46 36 39 33

ngulo 2 () 36 40 32 34 32

ngulo 3 () 35 40 34 32 30

ngulo 4 () 35 44 35 38 30

ngulo 5 () 34 35 38 44 30

Promedio 35,4 41 35 37,4 31

s 0,71 0,87 0,70 0,76 0,60

Tabla 1. Coeficientes de Rozamiento

2.3 Angulo de Inclinacin

En la zaranda se tiene una inclinacin de 13,36 medidodesde la horizontal. La cual representa inconvenientesdebido a las instalaciones existentes.

2.4. Capacidad del TransportadorLa capacidad que puede dar este transportador en plenacarga de acuerdo con sus dimensiones es de 498 x 160 x18 cm = 1,434 m que equivale aproximadamente a 2,868toneladas.

2.5. Material a Transportar

En la zaranda vibratoria el material de arrastre entra con

el mismo tamao del que se extrae, con la excepcin de

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la roca grande que ingresa con un tamao promedio de 8pulgadas de forma alargada debido a la accin del molinode mandbulas, de igual manera, el tamao mximo queingresa a la zaranda es de aproximadamente 11 pulgadas.La cantidad total de estas rocas en este transportador esalrededor de un 60% del volumen total ingresado lascaractersticas de estas rocas extradas de rio se muestranen la Tabla 2.

PESO

(gr.)

VOLUMEN

(cm)

PESO ESP.

(gr/cm)

ROCA 1 50 20 2,5

ROCA 2 45 15 3

ROCA 3 35 14 2,5

ROCA 4 60 28 2,1

ROCA 5 35 13 2,7

PROMEDIO 45 18 2,5

Tabla 2. Caractersticas del material a transportar.

2.6 Reposo y Fluidez.

Este material se caracteriza porque puede moverselibremente por accin de la gravedad u otra causa, semide el ngulo de reposo, y en este caso fue calculadocomo = 32,4. Y el ngulo de sobrecarga, que esaquel que se forma en el perfil transversal de las bandascargadas con tres rodillos en forma de artesa para estematerial es aproximadamente = 20 [19].

3. EVALUACIN Y SELECCIN DEALTERNATIVAS

Para la seleccin de alternativas, se utilizarn los criteriostratados en la Tabla 3. Se trabaja con un valor P i deexigencia y Xi de satisfaccin del criterio, valorndose dela manera siguiente [3,9]:

Tabla 3. Evaluacin de alternativas para el proceso de

transporte

De acuerdo a los criterios establecidos y evaluados seconcluye que la mejor alternativa para satisfacer lasnecesidades de transporte de material de arrastre en laetapa comprendida entre la salida de la primeratrituracin del molino de mandbulas hasta el principiode la etapa de separado por clasificacin granulomtricaes un sistema de banda transportadora similar al mostradoen la figura 4.

Figura 4. Sistema de banda transportadora

4. DISEO DE LA PROPUESTA

Para el diseo de la propuesta se tuvieron en cuenta losparmetros de los diversos elementos constitutivos delsistema, en la Tabla 4 se muestra la rutina de diseoadoptada.

ELEMENTO DEDISEO

RUTINA DE CALCULO

Caractersticasprincipales delmaterial a transportar

Peso especfico a granelTamaoFormaFluidez

Ancho y velocidadlineal de la banda

Medicin de campo, bajo lasactuales condiciones deoperacin.

Tensiones en la banday potencia requerida

Medicin de torque actuanteVelocidad de rotacin de la fuente

de potenciaEcuacin de firbank [25, 26]

Seleccin de la banda Clasificacin de las bandasCaractersticas mecnicas de las

bandasTambores Revestimiento de tambores

Diseo del eje del tamborSeleccin de los rodamientos

Seleccin del grupomotriz

MotorreductorAcople de piones y cadena doble

Rodillos ComponentesSeleccin de rodamientosDistancia entre ternas de rodillos

Tensores Ajustar a la propuesta

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Tolva de alimentaciny zocalo de carga

Sujecin de la tolva dealimentacin.Fuerzas que actan.

Estructura general Anlisis de soldadura

Consideraciones demantenimiento Conforme a la propuesta adoptaday a las condicionesmedioambientales de montaje delequipo

Tabla 4. Rutina de diseo adoptada para los elementosconstitutivos del equipo

5. ENSAMBLE DEL DISEO PROPUESTO

El sistema que se propone utilizar, est constituido poruna tolva sujetada por tornillos al ducto saliente delmolino de mandbulas de la Figura 1 y esta a su vez estasoldada a un zcalo de carga, que encauza el materialtriturado hacia el centro del transportador, como elmostrado en la Figura 5.

Figura 5. Bloque primario del sistema de banda transportadora

El material triturado cae hacia una banda decaractersticas mecnicas especiales cuyo material de

polister y nylon es especial para el soporte de cargas[2,5]. En la zona de alimentacin, la banda est soportada

por una bandeja, la cual va soldada a unas canales en Uque forman parte de la estructura. La bandeja se disponecon un segmento de banda, que sirve de amortiguamientode cada de las rocas. La banda en la zona central deltransportador est soportada por cuatro trenes de tresrodillos situados en forma de artesa [10]. En los extremosdel transportador, la banda abraza dos tambores, uno delos cuales se har girar mediante la potencia suministradade un motorreductor, Figura 6.

Figura 6. Estructura y tambores de soporte de bandatransportadora

La potencia de alimentacin es suficiente para mover labanda y llevar de manera efectiva el material del punto desalida del molino de mandbulas a la tolva dealimentacin del clasificador granulomtrico. El eje delmotorreductor, gira solidariamente al eje del tambor pormedio de un acople en forma de doble pin con cadenadoble.

Este sistema est soportado por una estructura cuyasbases son unas 3 vigas en H dispuestas horizontalmentepero perpendicularmente a la mayor dimensin de la basede la estructura que actualmente est apoyado eltransportador actual figura 7.

;Figura 7. Estructura actual de soporte en la seccin de lazaranda oscilante

Sobre estas, se soldn otras 6 vigas en H perpendicularespero verticales a las primeras debidamente soldadas aplacas de soporte, y a las canales en U, que soportan lostrenes de tres rodillos situados en artesa, con pie deamigo con el fin de asegurar mejor la estructura.

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En el punto inferior de la banda, se halla un tolvn dedescarga, el cual dirige el material que sale de la banda yla dirige efectivamente hacia el ducto de salida. Elsistema de transporte terminado y conforme a lasdimensiones de la etapa evaluada tendr una aparienciasimilar a la ilustrada en la figura 8

Figura 8. Sistema de transporte por banda, montaje completo

6.CONSIDERACIONES DE MANTENIMIENTO

En la Tabla 5. Se muestra la propuesta de mantenimientopreventivo para la mquina diseada

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Las variables mecnicas que ms repercuten en laobsolescencia del sistema de transporte actual son elflujo volumtrico, ngulo de inclinacin deltransportador debido a las instalaciones existentes, elmtodo de impulsin del material y el consumoenergtico. El flujo volumtrico debido a que en eldiseo original de la mquina actual se tiene comoobjetivo el transportar y clasificar el material y estohace que la misma sea obsoleta , puesto que senecesita solamente para transportar el material a unritmo cada vez mayor; el ngulo de inclinacin deltransportador debido a las instalaciones existentes

porque produce frecuentes atascamientos de materialdisminuyendo la produccin; el mtodo de impulsindel material porque se utiliza una fraccin de la

potencia nominal del motor instalado(sobredimensionado) haciendo uso inadecuado deun nmero insuficiente de bandas de transmisinFigura 9; y el consumo energtico puesto que senecesita para el transporte del material a cortadistancia.

Figura 9. Sistema de transmisin actual en operacin

Los problemas tcnicos ms importantes queinvolucra el sistema de transporte actual son lasdemoras y periodos de inactividad producidos por elatascamiento de material los cuales representan entiempo el 20% del mantenimiento y limpieza detodas las mquinas, la insuficiente densidad de

produccin de 50m/h, la utilizacin de un 30% de lapotencia nominal del motor, insuficiente transmisinde potencia, problemas de resonancia en los resortes,sobredimensionamiento del eje, alto consumoenergtico, lubricacin excesiva por la naturaleza delos rodamientos y las agitaciones del sistema,

problemas de seguridad para los empleados, polvo y

ruido.

De acuerdo con el estudio realizado, el costo anualoperativo y de mantenimiento estimado de lamquina actual es de $6758.827=, mientras que estecosto para la mquina propuesta es $4340.830=,siendo una buena opcin para la empresa.

El sistema de transporte actual es inapropiado para elproceso debido a los problemas tcnicos, los costosoperativos y de mantenimiento consideradosanteriormente.

De acuerdo con el estudio realizado, la propuesta demejoramiento ms acertada es cambiar el sistema detransporte actual, puesto que de esta manera laempresa puede ampliar su produccin en un 24%,disminuyendo los costos operativos y demantenimiento actuales en un 35,77%.

Los mayores ingresos que se generan por la mquinapropuesta surgen de una buena capacidad detransporte y de un mantenimiento preventivo bienejecutado, que asegure la continuidad de la

produccin.

Es interesante resaltar que aunque el presentedocumento, est dirigido a una etapa del proceso en

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particular, la mejora de esta repercute en todo elproceso productivo.

Tabla 5. Mantenimiento preventivo de la maquinadiseada

8. BIBLIOGRAFA

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