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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).

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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.

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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).

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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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

aerolinea.

Determinar Velocidad del Transportador.

Como datos iníciales tenemos que 50 maletas x Banda x 10 min

50 maletas

10 min= 5

maletas

min

5maletas

minx 1.58metros = 7.9

metros

min

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7.9 metros

min+ 30%(mas eficiencia) = 10.27

m

min= 33.69

pies

min

∴ Velocidad necesaria = 34 PFM

Determinar Capacidad de Carga

25Kilogramos

maleta x 2 (estriba) = 50kilogramos en 1.58 m

∴ 31.64 kilogramos

metro x

1 metro

3.28 pie x

2.2 lb

1 kg= 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.

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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 friccion es de 0.4

Para determinar la potencia del motor necesaria se utiliza la siguiente ecuacion:

HP =(W + w)(f)(s)

33000

Donde:

W = peso de carga (lb)

w = peso de banda (lb)

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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

(2.6𝑘𝑔

𝑚2⁄ ) (0.9 𝑚) = 2.34𝑘𝑔

𝑚⁄ = (1.57 𝑙𝑏𝑝𝑖𝑒⁄ ) (39.37 𝑝𝑖𝑒) = 61.81 𝑙𝑏

HP =(866.14 lb + 61.81 lb)(0.4)(34 FPM)

33000

HP = 0.38 HP (1.5 factor de servicio)

𝐻𝑃 ideal = 0.5736 𝐻𝑃 ≈ 0.75𝐻𝑃

Calculo del Motorreductor

La relación de reducción necesaria la obtenemos respecto a la Figura 1.11.

𝑉𝐿 =2𝜋𝑛𝑟

12

∴ 𝑛 =12𝑉𝐿

2𝜋𝑟=

12 (33.69𝑓𝑡

𝑚𝑖𝑛⁄ )

2𝜋(0.333 𝑓𝑡)= 193.22 𝑅𝑃𝑀

Diámetro de la Catarina

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𝐷 =𝑉

𝜋 𝑥 𝑅𝑃𝑀=

33.69𝑓𝑡

𝑚𝑖𝑛⁄

𝜋 𝑥 193.22 𝑅𝑃𝑀= 0.55𝑓𝑡

𝐸𝑙 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑠 𝑐𝑒𝑟𝑐𝑎𝑛𝑜 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑑𝑒 0.66´´

Relación de Transmisión

𝑅𝑇 =𝑅𝑃𝑀 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

𝑅𝑃𝑀 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎=

1800𝑟𝑝𝑚

193.22𝑟𝑝𝑚= 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

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𝑇 =63000 (0.75𝐻𝑃)

193.22 𝑅𝑃𝑀

𝑇 = 244.53 𝑙𝑏 . 𝑝𝑢𝑙𝑔

Este torque aplicaría cuando el motor se encuentra en el mismo angulo 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:

𝑀𝑇 = 𝑇𝑐𝑜𝑠𝜃

𝑀𝑇 = (244.53 𝑙𝑏. 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:

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Usando la siguiente formula se obtiene el momento de flexión máximo para la flecha (eje):

𝑀 =𝑊1 𝑥 𝐿

2

𝑀 =(1.833 𝑙𝑏 . 𝑖𝑛)(35.43)

2= 32.48

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 . 𝑛

𝑆𝑦𝑥(𝑀2 + 𝑇2)

12⁄ ]

13⁄

Para el diseño de este engrane se considera como factor de seguridad “n” un valor de 2.

𝐷 = [32 𝑥 2

36000𝑥(32.48 𝑙𝑏. 𝑖𝑛2 + 229.8 𝑙𝑏 . 𝑖𝑛 2)

12⁄ ]

13⁄

𝐷 = 0.74 𝑖𝑛

En producto comercial tenemos un eje cuyo diámetro es de ¾ de pulgada

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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.

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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

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∑ 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

Referencias

[1] http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/CINTAS.htm. (Septiembre 2010)