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UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO
LA BANDA TRANSPORTADORA
Introducción
Las bandas y rodillos transportadores son elementos auxiliares de las instalaciones
cuya misión es la de recibir un producto de forma más o menos continua y conducirlo a
otro punto. Son aparatos que funcionan solos, intercalados en las líneas de proceso y
que no requieren generalmente ningún operario que manipule directamente sobre ellos
de forma continuada.
Se han inventado muchas formas para el transporte de materiales, materias primas,
minerales y diversos productos, pero una de las más eficientes es el transporte por
medio de bandas y rodillos transportadores, ya que estos elementos son de una gran
sencillez de funcionamiento y una vez instalados en condiciones normales suelen dar
pocos problemas mecánicos y de mantenimiento [1].
Las cintas transportadoras se usan como componentes en la distribución y almacenaje
automatizados. Combinados con equipos informatizados de manejo de palés, permiten
una distribución minorista, mayorista y manufacturera más eficiente, permitiendo
ahorrar mano de obra y transportar rápidamente grandes volúmenes en los procesos,
lo que ahorra costes a las empresas que envía o reciben grandes cantidades,
reduciendo además el espacio de almacenaje necesario [1].
Características generales
Las bandas transportadoras son dispositivos para el transporte horizontal o inclinado
de objetos sólidos o material a granel cuyas dos ventajas principales son:
- Gran velocidad.
- Grandes distancias (10 km).
La Figura 1.1 muestra un esquema general de una cinta transportadora. En él se
pueden ver los distintos elementos que componen una banda.
Figura 1.1.- Esquema de una cinta o banda transportadora
Tipos de bandas
Dependiendo de la movilidad
Se denominan cintas fijas aquéllas cuyo emplazamiento no puede cambiarse. Por el
contrario, las bandas móviles están provistas de ruedas u otros sistemas que permiten
un cambio fácil de ubicación. Generalmente se construyen con altura regulable
mediante un sistema que permite variar la inclinación de transporte.
Dependiendo de la posición
En función de la posición en la que se encuentre la banda o las posiciones que ocupen
sus diferentes módulos o partes, las cintas transportadoras se clasifican según muestra
la Tabla.
1.Tabla 1. Clasificación de las bandas dependiendo de su posición.
Elementos que conforman un transportador
Un transportador motorizado consta regularmente de las siguientes partes:
Bastidor o cama: lámina o estructura conformada diseñada para diversas longitudes y
muchos anchos (Figura 1.2).
Figura 1.2.- Bastidor o Cama.
Polea: es un tubo de hierro con un eje de acero a través del mismo. Las poleas se
colocan en cada extremo de la cama. El eje de la polea gira sobre rodamientos (Figura
1.3), el cual representa el medio de impulso motriz para la banda.
Figura 1.3.- Polea de un Transportador.
Rodamientos: cuando dos piezas de acero se tocan entre sí. no se pueden mover
fácilmente sin estos elementos. Los rodamientos se usan para evitar que el eje de la
polea y el bastidor del transportador rocen entre sí, permitiendo disminuir la fricción
cuando gira el eje(Figura 1.4).
Figura 1.4.- Rodamiento en Flecha de la Polea.
Polea "a" o polea motriz; polea "b" o polea de retorno: La polea motriz es
generalmente más larga ya que ésta realiza el trabajo (Figural.5). Regularmente la
polea motriz gira por medio de un motor, siendo impulsada por medio de catarinas y
cadena de transmisión.
Figura 1.5.- Ubicación de Poleas.
Tipos de bandas
Bandas de PVC con grabado en relieve de la cobertura superior para transportes
inclinados la, en ascenso o descenso cual se muestra en la Figura1.6. La mayoría son
de dos telas, con trama rígida y antiestáticas. También las hay alimentarias, resistentes
a la abrasión o antillama. Recomendadas para aeropuertos y paquetería, bultos de
forma irregular, productos orgánicos a granel, etc.
Figura 1.6.- Banda PVC con gravado en relieve
Bandas de PVC, PU o cobertura superior de tejido de poliéster, atóxicas y resistentes a
aceites y grasas animales y vegetales. Se trata de una gama muy amplia apropiada
para la industria alimentaria, pero también puede recomendarse en otras aplicaciones.
Casi todas son de color blanco y trama rígida, pero también las hay azules y de color
crudo, y algunas son flexibles se observa un ejemplo en la Figura 1.7.
Figura 1.7.- Banda de PVC, PU o cobertura superior
Bandas de PVC o PU lisas de color verde para aplicaciones que requieran una
resistencia fuerte a aceites y grasas minerales, o a la abrasión. Todas son de trama
rígida y su cobertura inferior puede ser de tejido de poliéster, con cobertura grabada o
impregnadas. La mayoría son antiestáticas y resistentes al corte y las de PU son
alimentarias. Su gama de aplicaciones es muy amplia y se puede observan en la Figura
1.8.
Figura1.8.- Bandas de PVC o PU lisas
Consideraciones de diseño.
Los transportadores pueden ser de construcción de acero o de aluminio. Los
transportadores de aluminio son muy ligeros, portables e ideales para montajes
temporales. Los transportadores de acero se utilizan principalmente para sistemas más
permanentes debido a su gran capacidad de carga en la Figura 1.9, se observa una
banda transportadora.
La altura óptima de trabajo es ligeramente debajo de los codos, ya sea para trabajo
con la persona sentada o parada; (nótese que los dedos, a menudo, no trabajan en el
fondo del objeto transportado, es decir, la altura de trabajo puede estar arriba de la
altura del transportador).
En general, cuando un transportador se carga manualmente, éste se coloca a la altura
de las rodillas, cuando la persona se encuentra de pie, y se coloca a la altura de las
caderas, cuando la persona se encuentra sentada. Se debe dejar lugar para los pies y
las piernas abajo del transportador. No se deben usar rebordes, pues hay que elevar
innecesariamente los objetos.
Figura 1.9.- Banda transportadora.
DESARROLLO
En este trabajo se realizo el análisis de una banda o cinta transportadora
implementada en un aeropuerto. Esta banda es la encargada de repartir el equipaje
cuando recién se ha llegado a la terminal.
La banda para su estudio se tomo en cuenta un avión comercial ERJ145 mostrado en la
Figura 1.10, con una capacidad máxima de 50 personas y que como regla solamente
pueden llevar 1 maleta por persona.
Figura 1.10.- Avión comercial ERJ145
El peso de la maleta no debe exceder los 25kg (50lb) y una longitud máxima de 1.58m
(62 pulgadas) tomando esta medida sumando largo+ancho+alto. Los cálculos se
efectúan en base al producto más crítico, es decir, el de mayor peso, definido por lo
permitido en la aerolínea.
Determinar Velocidad del Transportador.
Como datos iníciales tenemos que 50 maletas x Banda x 10 min
50maletas10min
=5maletasmin
5maletasmin
x1.58metros=7.9 metrosmin
7.9metrosmin
+30% (mas eficiencia )=10.27 mmin
=33.69 piesmin
∴Velocidad necesaria=34 PFM
Determinar Capacidad de Carga
25Kilogramosmaleta
x 2 (estriba )=50kilogramosen1.58m
∴31.64 kilogramosmetro
x1metro3.28 pie
x2.2lb1kg
=21.22 lb / pie
Capacidad = 22 lb / pie
Calculo de la Potencia del Motor
Para el cálculo de la unidad motriz del transportador (potencia necesaria para mover la
carga y el cálculo del motorreductor), tomando en cuenta el coeficiente de fricción
dado por el tipo de banda a utilizar y tipo de transportador a utilizar obtenido en la
Tabla 2.
Tabla 2. Características de bandas comerciales
Mediante los dos datos de la tabla anterior se obtiene las características de la banda
necesaria para este proyecto, las características de la banda son:
FEBOR 15 NF PVC color negro 01
Ancho de 3000 mm
Peso 2,6kg/m2
El coeficiente de fricción es de 0.4
Para determinar la potencia del motor necesaria se utiliza la siguiente ecuación:
HP=(W+w ) (f )(s)33000
Donde:
W = peso de carga (lb)
w = peso de banda (lb)
f = coeficiente de fricción
s = velocidad (FPM)
La potencia para el retorno de la banda se considera despreciable, por lo tanto
tenemos:
(22 lbpie ) (39.37 pie )=866.14 lb
(2.6 kgm2 ) (0.9m)=2.34 kgm
=(1.57 lbpie ) (39.37 pie )=61.81 lb
HP=(866.14 lb+61.81lb ) (0.4 )(34 FPM )
33000
HP=0.38HP (1.5 factor de servicio )
HPideal=0.5736HP≈0.75HP
Calculo del Motorreductor
La relación de reducción necesaria la obtenemos respecto a la Figura 1.11.
VL=2πnr12
∴n=12VL2πr
=12(33.69 ft
min )2π (0.333 ft )
=193.22RPM
Diámetro de la Catarina
D=V
π x RPM=
33.69ftmin
π x 193.22RPM=0.55 ft
El diametrocomercial mas cercanoesel de 0.66 ´ ´
Relación de Transmisión
RT=RPM entradaRPM salida
= 1800 rpm193.22 rpm
=9.3
Flecha
El eje tiene las siguientes características:
Con lo que se estima en el siguiente diagrama de cargas
El torque ejercido por la catarina ( T ) se calcula mediante la siguiente formula, en la
que se hace uso de la potencia del motor ( P ) y la velocidad ( rpm ) requerida por la
banda transportadora ( n ).
T=63000(P)
n
T=63000(P)
n
T=63000 (0.75HP )193.22 RPM
T=244.53 lb . pulg
Este torque aplicaría cuando el motor se encuentra en el mismo ángulo que el motor,
pero el motor se encuentra ubicado de la siguiente manera:
Y esta posición modifica el torque que la transmisión aplica sobre el eje, con lo cual se
hace uso de la siguiente ecuación:
M T=Tcosθ
M T=(244.53lb . pulg ) cos20=229.8 lb . p
Ahora tomando en cuenta la carga máxima que soporta este eje es de 866.14 lb la
distribución de la carga queda de la siguiente manera:
Usando la siguiente formula se obtiene el momento de flexión máximo para la flecha
(eje):
M=W 1 x L
2
M=¿¿
Tomando en cuenta que el material utilizado es un acero ASTM-A501, el cual tiene un
límite de fluencia (Sy) de 36 Ksi y su esfuerzo ultimo (Sut) de 58 Ksi.
Con estos datos es posible calcular el diámetro del eje, por el método de cargas
estáticas mediante la siguiente ecuación.
D=[ 32 . nS y x (M 2+T 2 )12 ]13
Para el diseño de este engrane se considera como factor de seguridad “n” un valor de
2.
D=¿¿
D=0.74∈¿
En producto comercial tenemos un eje cuyo diámetro es de ¾ de pulgada
Calculo del circulo de Morh
d= 0.74
r= 0.37
A= 0.43008403
I= 0.01471963
J= 0.02943925
σx = 0
τxy = 23.0376097
σy = 6146.63033
σpromedio =
3073.31516
R = 3073.40151
σmax = 6146.71667
σmin = -0.0863439
θp = -0.21474093
θs = 44.7852591
CALCULO DE COJINETES
Mediante el diámetro del eje calculado se busca en la página de SKF un rodamiento
para un diámetro de 0.75 in, como resultado se tiene.
La transmisión ejerce la torsión en dos ejes, el primero el eje de xy y el segundo en el
eje xz, por lo que hay que calcular un diagrama de cortantes contemplando estos dos
esfuerzos.
Calculo para el plano xy
∑ Fb=0
RBxy=13.94
RAxy=230.58
Calculo para el plano xz
∑ Fb=0
RBxz=12.29
RAxz=217.54
Para ubicar estos dos resultados (xy, xz) dentro de un mismo diagrama de cortantes
CALCULO DE UNA BANDA TRANSPORTADORA PARA LAS SIGUIENTES CONDICIONES
Material: Trigo Capacidad: 250Ton/hr Longitud entre centros: 25m = 82,021pies Altura descarga: 3m = 9,842pies Angulo de rodillo: 20° Angulo de abrazamiento: 200° Sistema de impulso: Simple Tipo de empalme: Mecánico Recubrimiento de la polea matriz: Recubierto con goma Tipo de servicio: Liviano
a) CARACTERISTICA DEL MATERIAL A TRANSPORTAR
TrigoDensidad= 47lb/pie3
Material medianamente abrasivoTamaño = ½
DESARROLLO
1- Buscando ancho y velocidad de correa
Peso especifico 47lb/pie3
Capacidad 200Ton/hr
a)
Peso especifico 47lb/pie3
Capacidad 200Ton/hr
Decimo C = 260Ton/hr y peso especifico = 47lbs/pie3
C´= 260 x (47/50) = 244,4 como es inferior a la capacidad que se esta manejando.
Enlace la velocidad real es (250/244,4) x 460 = 471 pie/min Ancho correa 26” Velocidad de la correa = 471 pie/min
2- Clasificación de polines y rodillo
Diámetro de poline 4 y 5 A(serie C.E.M.A)Diámetro del eje Hasta 5/8”
3- Separación de Polines
Ancho de la correa 26pulgDensidad del material 47/pie3 x (43,48lb/ pie3 )
Se tiene
Separación rodillo de ida 5 piesSeparación de rodillo de retorno 10pies
4- Calculo de la cantidad de polinesSe utilizan 3 polines de impacto a 0,5mt de separación entre ellos:
Cantidad de polines ida : n = L/separación
Lc = 25mt = 82,021piesLt = b x c
Lt = 26” x 0,9 = 23,4” 1.95pies
Separación de polines de impacto = 0,5mt = 1,65pies, i = N° polines de impacto.
L* = Lc – 2Lt – (i -1)* separación polines de impactoL* = 82,021 – 2* 1.95 – (3-1)*1.65 = 74,8pies
5- Cantidad de polines de ida
N = L* / separación = 74,8 / 5 = 14,96 ≈ 15 polines ida
6- Cantidad polines de retorno
n´ = L*/separación = 82,021/10 = 8.20 ≈ 9 polines retorno
7- Separación real
n = Lc/n´ = 82,021/5 = 9,11pies
8- Buscando peso de los componentes
Ancho de la correa 26pulgDensidad 47lb/ pie3
Se tiene:
Peso de polines de ida 17lb/conjuntoPeso de polines de retorno 11lb/conjunto
9- Peso aproximado de la correa para calcular el factor “G”
Ancho de la correa 26pulgDensidad 47lb/ pie3
Se tiene 3,18lb/ pie3
10- Calculo factor “G”
G = (n+c) * peso * polin ida + n´ * peso * polin retorno + 2 * peso correa 82,021
G = 11,3lb/pies
11- Factores a considerar
F = Factor de fricción de rodillo > F=0,0360M = Factor de pérdida > es 0P = Pérdida por rose en correas auxiliares para un ángulo 7° y Lc = 82,021 pies > P = 0,0693832
nt = n1 * n2 * n3
n1 = Rendimiento de cadena y piñonn2 = Rendimiento reductorn3 = Rendimiento motor
nt = 0,95 * 0,95 * 0,85 > nt = 0,77%
Potencia necesaria en el motor con:
G : 11,3lb/pie H:3mt = 9,84pie
F 0,0360 M 0
S 460pie/min P 0,0693832
L 82,021pies C 250ton/hr
N = (G*F*S*L/33000 + L*F*C/884 + H*C/884) * (1+M)*(1*P)*1/nt[Hp]
N=(0,46098+0,83505+2,78)*(1+0)*(1+0,0693832)*1Hp/0,77
N=4,9695[Hp]
Selección de un motor reductor con una 5,5cu = 4kW
12- Selección de la correa
Tensión efectivaTe = Pot.Motor * nt * 33,000 / S
Te = 5,5 * 0,77 * 33,000 / 460
Te = 303,81lb
Luego Te = T1 * T2 T1 = T2*c u * a
donde alfa = 200°
obtengo: T1 = 1,42 te lb = 431,68lbT2 = 0,42 te lb = 127,68lb
13- Tensión de inclinación
Ts = peso correa * h > P.correa = 3.18lb/pie
Ts = 3,18 * 9,84252 H = 9,84252pies
Ts = 31,29lb
Comparación de Ts con T2
Ts < T2 entonces Tmax = 431,68lbs
Obtención de la correa adecuada
T.selección: Tmax * Fseg
Factor de seguridad = 11
Tselección: 431,68 * 11 = 4748,5lb
P.I.W = Tmax/ancho correa = 4948,5/26 = 184,019lb/pulg
14- Según catalogo de caucho técnico.
Según catalogo decimos:Empalme mecánicoP.I.W : 184,019lb/pulgcon lo cual se selecciona la correa transportadora
Modelo Cautec 220No de telas 2Tensión más trabajo 230 P.I.WEmpalme MecánicoEspesor de la carga 30mmPeso de la carga 3,0kg/m2
15- Resistencia al Impacto
Emax = h(m) m(kg) = 1 – 10
Emax = 1 * 8.07*10 – 3 Por lo tanto cumple las condiciones
16- Soporte de carga: (ancho máximo)
Densidad = 47lb/ pie3 = 0,752865T/m3
Nota: Ancho máximo de la correa para soportar la carga adecuada entre los rodillos es de 750mm(30”)
17- Acanala miento en vacio:
Ancho mínimo de correa para conformar adecuadamente en vacio sobre los polines de carga.
Con angulo de polines > 20°Modelo: Cautec 220 se tiene ancho mínimo 400mm(16”)
ESPESOR APROXIMADO DE CUBIERTAS
Tipo de Material Tamaño Máximo (mm)Espesor de cubierta
Tipo de cubiertaSuperior(mm) Inferior(mm)
Grano 75 1,5 - 3,0 1,5 N
Grano N: Normal
Densidad 1,15kG/m2/mm.espTemperatura de operación 20° a 80°CPolímero base Caucho natural y SBR
Peso de la correa
Peso cubierta = peso unitario caucho * (espesor superior + espesor inferior) * ancho
Peso de la carcasa = peso unitario(kg/m) * ancho (m)
- Peso cubierta = 1,15kg/m2 /mm * (3+1,5)mm * 0,664 = 3,41(kg/m2)- Peso carcasa = 3,0 [kg/m2] * (26” * 0,0254) = 1,9812kg- Peso correa = (3,41 + 1.9812) * 51 = 274,95 [kg/m2]
El peso de la correa real lo comparo con el peso propuesto peso real = 5,3912kg ; propuesto: 4,73kg, nos excedemos, pero se compensa con la diferencia de la potencia del motor.
18- Calculo de un sistema motriz
Sea el diámetro del tambor motriz = 14” = 35,56cmVelocidad de correa = 471pie/min = 143 6m/min
Revolución del tambor = n = V / π * d = 143,6/n * 0,254 = 128,5 ≈ 129 rpmH = 19r.p.m
19- Motor reductor seleccionado
n = 400 r.p.m
pot = 4kW
Sistema de transmisión según catalogo
i = n2 / n1 = 400/129 = 3
Z1 = 19
Z2 = 57
Factor de selección 1,25Potencia selección u * 1,25 =5Paso cadena ¾” (19,05mm)Lubricante por Goteo
20- Calculo de número de eslabones
Calculo de número de eslabones y longitud de la cadena
(L) = Z1 + Z2 / 2 + 2.C/P + ((Z2-Z1/2*n)/C)2 * P = eslabones longitud
En la que C = distancia entre centros propuesta(mm)
P Peso de cadena(mm)Z1 Número de dientes del piñon motrizZ2 Número de diente del piñon conducido
C = 900(mm) distancia entre centro recomendada
L = 19 + 57 / 2 + 2900/19,05 + ((57-19/2 * n) * 19,05 ) / 900 = 133,2 eslabones
La distancia entre centro real para la longitud de la cadena L. calculada por el método anterior.
Será en general superior a la contemplada originalmente, la distancia entre centro se obtendrá mediante la siguiente formula.
C = P / 8 [2 * L – Z1 – Z2 + √(2 * L – Z2 – Z1)2 n/3.88 (Z2 – Z1)2
L Número de eslabonesP Paso de cadenaZ1 Número de diente de piñon motrizZ2 Número de diente de piñon conducido
entonces C = 19,05/8 [2 * 134 – 57 – 19 + √(2 * 134 – 57 – 19)2 n/388 (57-19)2
C = 906,6(mm)