conductores alimentadores de bagazo para ingenios azucareros · el bagazo es el residuo de la...
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CONDUCTORES ALIMENTADORES DE BAGAZO
PARA INGENIOS AZUCAREROS
INGENIO CENTRAL CASTILLA S.A.
HENRY GUAPACHA SUAREZ JJ
UniNSidtd 4ut.nomo ~ (kci"'i'l! O~I'I 81bhGttfO
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
C.U.A.O BIBLIOTECA
Santiago de Cali, 1984
-
CONDUCTORES ALIMENTADORES DE BAGAZO
PARA INGENIOS AZUCAREROS
INGENIO CENTRAL CASTILLA S.A.
HENRV GUAPACHA SUAREZ
Trabajo de Grado presentado como reqUisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico.
Director: GERARDO CABRERA
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTO NOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
Santiago de Cali, 1984
-
. / ¡
Santiago de Cali, Dic.1984
Aprobado por el Comité de trabajo
de Grado en cumplimiento de los
requisitos exigidos por la Corpo
ración Universitaria Autónoma de
Occidente para optar al título de
Ingeniero Mecánico.
Jurado
Jurado
-
AGRADECIMIENTOS
A LA GERENCIA GENERAL, Ingenio Central Castilla, por permi
tir hacer el presente trabajo.
A HAROLD A. CERON, I.E.M., Gerente de Producción.
A ISAAC RAMOS, I.E.M., Jefe División Industrial.
A GERARDO CABRERA, I.M., Profesor de la Universidad Autónoma
de Occidente y Director de la tesis.
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TABLA DE CONTENIDO
pág.
INTRODUCCION ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1. CONSUMO DE BAGAZO ••.••.•••••••••••••••••••••• 8
2. MANEJO DE BAGAZO .•••••.•••••••••••••••••••••• 16
3. DESCRIPCION DEL EqUIPO ••••••••••••••••••••••• 22
4. CALCULOS PARA LA MESA ALIMENTADORA ••••••••••• 28
4.1. SELECCION DE UNA CADENA DE PRUEBA PARA EL
CONDUCTOR DE LA MESA ••••••••••••••••••••••• 29
4.2. CALCULO DE LA TENSION MAXIMA EN LA CADENA
DE LA MESA Y LA POTENCIA REqUERIDA ••••••••• 31
4.3. NUMERO DE DIENTES DE LOS PIÑONES PARA LA
CADENA DEL CONDUCTOR •••.••••••••••••••••••• 35
4.4. SERVICIO Y FACTORES DE CORRECCION •••••••••• 36
4.5. TENSION DE LA CADENA EqUIVALENTE ••••••••••• 36
4.6. CHEQUEO DE LA SECCION DE LA CADENA DEL
CONDUCTOR •••••••••••••••••••••••••••••••••• 37
4.7. LONGITUD DE LA CADENA DEL CONDUCTOR Y DIS
-
pág.
TANCIA ENTRE CENTROS ••.• ~ ••••••••••••••••••••••. 37
4.8. LUBRICACION •.••....•..••..•••••.•••••••..• 38
4.9. RESUMEN •••••••••••••••••••••••••••••••••.• 38
4.10. SELECCION DE LA TRANSMISION •••.•••••••••.• 38
4.11. SELECCION DE MOTOREDUCTOR •••••••••••••••••• 41
4.12. CALCULO DEL EJE DE CABEZA DE LA MESA •••••.• 48
4.12.1. Momento máximo flector •••••••••••••••••• 51
4.13. SELECCION DE LOS RODAMIENTOS PARA LOS EJES
DE CABEZA Y COLA DE LA MESA •.•...••••.•.•• 53
4.14. CALCULOS DE LA ESTRUCTURA DE LA MESA ••••.• 56
4.15. MODULO DE LA SECCION ADMISIBLE •••.••••••.• 60
4.16. CHEQUEO A COMPRESION ••.•••••••.•.••.•.•••• 65
4.17. CHEQUEO POR CARGA ••.••••••••••.•.••.•••••• 67
5. CALCULOS PARA EL CONDUCTOR ELEVADOR .••••••• 68
5.1. ESPECIFICACIONES TECNICAS................ 68
5.2. SELECCION DE UNA CADENA DE PRUEBA PARA EL
CONDUCTOR ELEVADOR...................... 69
5.3. CALCULO DE LA TENSION MAXIMA EN LA CADENA
Y LA POTENCIA REqUERIDA.................. 70
5.4. NUMERO DE DIENTES DE LOS PIÑONES PARA LA
CADENA DEL CONDUCTOR •.•..•••.••.•.••..••. 74
5.5. SERVICIO Y FACTORES DE CORRECCION ••••••••• 75
5.6. TENSION DE LA CADENA EqUIVALENTE ••••.••••• 75
5.7. CHEQUEO DE LA SELECCION DE LA CADENA ••.••• 76
v
-
pág
5.8. LONGITUD DE LA CADENA Y DISTANCIA ENTRE
CENTROS •••••••••••••••••••••••••••••••••• 76
5.9. LUBRICACION •••.•••••••••••••••••••••••••• 77
5.10. RESUMEN ••••••••.••••••••••••••••••••••••• 77
5.11. SELECCION DE LA TRANSMISION •••••••••••••• 77
5.12. DATOS •.•.•..•••..•.....•.••.•.•••••••••.• 79
5.13. SELECCION DEL MOTOR Y REDUCTOR ••••••••••• 80 j
5.13.1. Datos .................................. 80
5.13.2. Lubricaci6n •.•••••••••••••••••••••••••• 82
5.14. RELACION DE TRANSNISION ••••••••••••••••••• 82
5.15. DISTANCIA ENTRE CENTROS •••••••••••••••••• 83
5.16. CARGAS DE SUSPENSION SUPERIOR ••••••••••••
(OVERHUNG LOAD) •••.••••••••••••••••••••••• 84
5.17. CALCULO DEL EJE DE CABEZA DEL ELEVADOR •••• 86
5.18. SELECCION DE LOS RODAMIENTOS Y SOPORTES
PARA LOS EJES DE CABEZA Y COLA •••••••••• 92
5.19. SELECCION DEL ACOPLE ENTRE EL MOTOR Y EL
REDUCTOR DE LA TRANSMISION ••••••••••••••• 95
5.20. CALCULOS PARA LA ESTRUCTURA DEL CONDUCTOR
ELEVADOR ••••••••••••••••••••••••••••••••• 96
5.21. CHEQUEO TRAMO INCLINADO .••••••••••••••••• 97
5.22 MODULO DE LA SECCION ADMISIBLE ••••••••••• 99
5.23. CHEQUEO POR COMPRESION •••••••••.••••••••• 101
5.24. CHEQUEO POR CARGA •.••.••..••••••••••••••• 103
5.25. CHEQUEO DE LAS COLUMNAS Y SOPORTES ••••••• 104
vi
-
pág
5.26. CHEQUEO A COMPRESION,.!! •••••••••..• !.! .•..•.. 105
5.27. CHEQUEO POR CARGA .•.•.•.••.....•••••.•. ! •..... 106
B 1 B L 1 O G RA F 1 A. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ~ •••• 107
vii
-
LISTA DE FIGURAS pág
FIGURA l. Gráfica de eficiencia turbina de vapor C225 la
FIGURA 2. Gráfica de eficiencia turbogenerador ••••••• 11
FIGURA 3. Conductor elevador Sección longitudinal ••• 19
FIGURA 4. Sección longitudinal edificio calderas y bagace ra. . . . . . . . • • . . • . . • . • • • • • • • • . • . • . • . • . 23
FIGURA 5. Seccion AA y BB ••••••••••••••••••••••••••• 24
FIGURA 6. Vista de planta ••••••••••••••••••••••••••• 25
FIGURA 7. Mesa alimentadora ••••••••••••••••••.•••••• 31
F I GURA 8. E j e de ca b e z a del a m e s a. • • • • • • • • • • • • • • • •• 48
FIGURA 9. Diagrama de cortante y momento flector, eje de mando.............................. 49
FIGURA la. Diagrama de cortante y momento flector eme 50
FIGURA 11. Sección típica de la mesa ••••••••••••••••• 57
FIGURA 12. Diagrama de cortante y momento flector, viga superior mesa •••••••••••••••••••••••• 59
vii i
-
pág.
FIGURA 13. Sección viga superior mesa alimentadora 60
FIGURA 14. Diagrama de cortante y momento flector viga inferior mesa •••••••••••••••••••••• 62
FIGURA 15. Sección viga inferior mesa alimentadora 63
FIGURA 16. Diagrama de cargas adicionales en colum nas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64
FIGURA 17. Mesa alimentadora, disposición columnas 64
FIGURA 18. Características de columnas en mesa ali mentadora............................. 65
FIGURA 19. Conductor elevador. •••••••••• ••••••••• 71
FIGURA 20. Eje de cabeza conductor elevador •••••• 86
FIGURA 21. Diagrama de cortante y momento flector eje de mando ••••••••••••••••••••••••••• 88
FIGURA 22. Diagrama de cortante y momento flector eje de mando •••••••••••••••••••••••••••• 89
FIGURA 23. Disposición soportes conductor elevador 96
FIGURA 24. Disposición de cargas en parte inclinada del elevador ........................... 98
FIGURA 25. Sección típica del conductor elevador ••• 99
FIGURA 26. Media sección del conductor elevador ••• 102
FIGURA 27. Columna soporte inferior conductor E ••• 104
ix
-
LISTA DE ANEXOS pág.
ANEXO 1. Valor calorífico del bagazo ••••••••••••••••• 109
ANEXO 2. Selección de la cadena del conductor y facto res de corrección ••••••••••••••••••••••••••• 110
ANEXO 3. Aditamento para cadenas de conductor •••••••• 111
ANEXO 4. Cadenas y aditamentos ••••••••••••••••••••••. 112
ANEXO 5. Símbolos factores y selección del esquema •• 113
ANEXO 6. Factor A y esquemas .•••••••••••••••••••••• 114
ANEXO 7. Cadenas Clase S.S •••••••••••••••••••••••••• 115
ANEXO 8. Listas de plnones •••••••••••••••••••••••••• 116
ANEXO 9. Lista 240 de piñones .•••••••..•.•••••••••.•. 11?
ANEXO 10. Motores y reductores ••••••••••••••••••••••• 118
ANEXO 11. Factores de servicio transmision •••••••••••• 119
ANEXO 12. Cadenas de prueba para transmisión ••••••••• 120
ANEXO 13. Relación de caballaje para cadena RC140 121
ANEXO 14. Tabla para la selección de motores •••••••••• 122
ANEXO 15. Clase de servicio para motor reductor ••••••• 123
x
-
pág.
ANEXO 16. Dimensiones motoreductores •••••••••••••••• 124
ANEXO 17. Relaci6n de caballaje Cadena RC 160 •.•••• 125
ANEXO 18. Longitud de cadena y distancia entre cen t ro s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 126
ANEXO 19. Relación de caballaje cadena RC 180 1 ••••• 127
ANEXO 20. Cargas de suspensión ••••••••••••••••••••• 128
ANEXO 21. r·1ontaje de transmis.iones •••••••••••••••••• 129
ANEXO 22. Rodamientos. de rodillos ••••••••••••••••••• 130
ANEXO 23. Esquema conductor elevador ••••••••••••••• 131
ANEXO 24. Hora de duración para diferentes clases de máquina ...•.......••••.••••••..••••..• 132
ANEXO 25. Seguridad de carga para rodamiento de rodillos ................................. 133
ANEXO 26. Rodamiento de rodillos a rótula ••••••••• 134
ANEXO 27. Manguitos de fijación ................... 135
ANEXO 28. Selección del reductor •••••.•••.•••••••• 136
ANEXO 29. Piñones para cadena Re180 •••••..•••.•••• 137
ANEXO 30. Dimensiones motor- Reductor .••••••••••••. 138
ANEXO 31. Acople método selección fórmula ••••••••••• 139
ANEXO 32. Factor de servicio acoples •••••••••••••••• 140
ANEXO 33. Piñones para cadena RC 140 ............... 141
ANEXO 34. Piñones pa ra cadena RC 160 ................ 142
xi
-
~ pago
ANEXO 35. Piñones para cadena RC 200 •......•.•.... 143
ANEXO 36. Relación de caba 11 aj e para cadena RC200 144
ANEXO 37. Clases de materiales .................... 145
ANEXO 38. Cuñeros y cunas ••••••••••.•••••••••••••• 146
ANEXO 39. Características eléctricas curvas de velo cidad, momento torsional •.•••••••••••••• 147
xii
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LISTA DE PLANOS ref.
PLANO 1. Cargas de suspensión superior (OVERHONG LOAD) 3- 16
PLANO 2. Otros detalles •••••••••••••••••••.••••••••••• 3- 17
PLANO 3. Cálculo del eje de cabeza del elevador ••••••• 3- 18
PLANO 4. Selección de los rodamientos y soportes para los ejes de cabeza y cola ••••.••••••••••••••• 3- 19
PLANO 5. Selección del acople entre el motor y el reduc tor de la transmisión •••••••••••.•••••••••••• 3- 20
PLANO 6. Cálculos de la estructura •••••••••••••••••••• 3- 21
PLANO 7. Tablas de referencia......................... 4.
PLANO 8. Planos de referencia del proyecto •••••••••••• 5.
PLANO 9. Conductores al imentadores de bagazo. Elevador, N4, y mesa alimentadora, N5 localiza ción........................................ 11-06B-50
PLAN O 10. Conductores alimentadores de bagazo. Elevador, N4, y mesa alimentadora N5 localiza ción general. Vista de elevación............ 11-06B-51
PLANO 11. Conductores alimentadores de bagazo. Elevador N4, y mesa alimentadora N5 tramos ho rizontal y parte curva. Conductor elevador. Dimensiones y detalles ••••••••••••••••••••••• 11-06B-52
xiii
-
PLANO 12. Conductores alimentadores de bagazo. Elevador, N4, y mesa alimentadores N5. Mesa alimentadora.
ref.
Disposición general y detalles •••••••••••••••••• 11-06B-53
PLANO 13. Conductores alimentadores de bagazo. Elevador, N4, y mesa alimentadora N5. Detalles de estructura mesa y estructura sopor te eje de cola •• Cooductor elevador ••••••••••••• 11-06B-54
PLANO 14. Conductores alimentadores de bagazo. Elevador, N4 y mesa alimentadora N5 Detalles de vigas y columnas •••••••••••.••••••••• 11-06B-55
PLANO 15. Conductores alimentadores de bagazo. Elevador, N4 y mesa alimentadora N5. Detalles de columnas, ejes y vigas ••••••••••••••• 11-06B-56
PLANO 16. Conductores alimentadores de bagazo. Elevador, N4 y mesa alimentadora N5. Detalles de lámina y estructura para eje de cola mesa ••••.•••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••• 11-06B-57
xiv
-
RESUMEN
Después de analizar las condiciones para el manejo del baga
zo como material combustible, se hizo el diseño de un siste
ma para su transporte; obteniendo dos conductores, uno como
mesa alimentadora y el otro como conductor elevador. para
los cuales se han seleccionado y diseñado elementos de má
quinas tales como piñones, cadena, ejes, estructuras y demas
partes constitutivas para proporcionarle a las calderas una
alimentación rápida y pareja, mejorando las condiciones de
trabajo.
xv
-
INTRODUCCION
El bagazo es el residuo de la molienda de la caña de azúca~
éste se usa como combustible para las calderas en los inge ,
nios, y su manejo requiere atenci6n especial debido al vo1ú
men y a la contaminaci6n ambiental. La observación de estos
problemas, determin6 el estudio que 11ev6 a la presentaci6n
de este proyecto y, su exp1icaci6n y desarrollo comienza hª
ciendo los comentarios del trato de la caña en estas indus
trias.
El ingenio muele sus cañas en forma contínua del domingo en
la noche 6 lunes en la mañana, al sábado en la tarde; cuan
do termina la molienda sigue la liquidación, que se pro10n
ga hasta las primeras horas de la madrugada del domingo; y
consiste en procesar jugo de caña que ha quedado después de
parar la molienda y así, poder hacer la limpieza y repara
ción del equipo el día domingo.
La entrada de caña se efectúa en vagones y tractomu1as, pa
ra proporcionarle al molino la caña que debe moler las vein
-
ticuatro horas del día.
Las grúas depositan la caña en la plataforma de la mesa, y
esta es la encargada de hacer una entrega dosificada a los
conductores.
En los conductores se prepara la caña para mejorar la ali
mentaci6n de los molinos, y consiste en picar la caña para
proporcionarle un colchón uniforme a la entrada de éstos.
En el fondo de la descarga para alimentar el primero, vá co
locado un electroimán para atrapar las partículas metálicas
magnéticas mezcladas con la caña y evitar así daños en los
molinos.
Entre un molino y otro la caña es transportada por conducto
res, en los cuales se le aplica guarapo o agua para conse
guir una mejor extracción, diluyendo la sacarosa que se en
cuentra en esta gramínea.
Al moler la caña se obtienen: un jugo de caña o guarapo,
que se envía a la sección de elaboración para su procesa
miento, (del cual al final se obtiene el azúcar cristaliza
da que conocemos todos) y un bagazo que es utilizado como
combustible para las calderas, o como materia prima para o
tras industrias.
2
-
El bagazo propiamente dicho, es el material sólido y fibro
so que sale del último de los molinos, después de la extra
cción del jugo, conteniendo una humedad del 50% aproximada
mente. Este residuo de la molienda, varia según el tipo o
variedad de caña.
De la caña, el 28% aproximadamente es bagazo* y éste al
abandonar el último molino, cae a un transportador que lo
eleva para entregarlo al conductor encargado de alimentar
las calderas, el cual después de hacer esto, deposita el so
brante en la bagacera mediante un conductor perpendicular
al anterior.
Generalmente resulta más bagazo que el necesario para ali
mentar las calderas en una operación normal y el sobrante
debe ser almacenado para suplir las necesidades en otras fa
ses operativas.
Como se explicó anteriormente, las calderas se alimentan
normalmente con el flujo de bagazo procedente de los moli
nos, pero se presentan casos en los cuales no se está mo
liendo y hay necesidad de utilizar el bagazo sobrante como
sigue:
* Hugot, Manual para ingenieros azucareros.
3
-
a- En los arranques de la fábrica, realizados después de la
reparación de fín de semana o después de un paro anual
de reparaciones. Por lo tanto se necesita vapor vivo o
sobrecalentado para mover las turbinas que a su vez mue
ven los molinos y los turbogeneradores que suministran
la energía eléct~ica.
b- En las liquidaciones, operación que empieza al terminar
la caña prevista para moler cada semana; se paran los mo
linos, pero se necesita energía y vapor para procesar la
materia prima almacenada. También al terminar la liquida
ción, se hierve soda en los evaporadores y tachos, (reci
pientes donde se cocina el jugo}para facilitar su limpie
za.
c- Es necesario en los paros temporales de molienda, causa
dos por algún daño, taco en los conductores, molinos o
falta temporal de caña; en los cuales las turbinas si
guen moviéndose, por esta razón debe mantenerse presión
del vapor en las calderas para seguir suministrando va
por recalentado, que en caso contrario dañaría las turbi
nas. También es necesario en este caso, el vapor en la
parte de elaboración, que por lo general se utiliza el
vapor de escape de las turbinas de los molinos y de los
turbogeneradores.
4
-
Cuando se presenta uno de estos tres (3) casos, se utiliza
el conductor que distribuye el combustible en la bagacera
para hecharle bagazo al transportador que retorna a las
calderas.
La alimentación del conductor existente en la bagacera, es
una operación manual realizada con rastrillos. Utilizando
tales elementos se hecha el bagazo por medio de huecos que
los trabajadores van dejando encima del conductor, el cual
es soterrado en un tramo y luego se eleva para alimentar,
al que va a las calderas.
En la medida que se va llenando la bagacera, hay que ir de
jando los huecos. Estos los hacen utilizando un marco de ma
dera, apisonando el bagazo al rededor de éste; para lo cual
es necesario mantener cuatro (4) personas por turno (son
tres turnos) disponibles y además llevar unos doce (12) tra
bajadores de otras secciones, tales como patio de caña, per
sonal encargado del manejo de la caña, o de la ambulancia;
sección encargada del aseo y de hacer los oficios varios,
para suplir esta necesidad temporal cuando se presente. Es
te movimiento de bagazo, crea una atmósfera cargada de baga
cillo, nocivo para la salud, debido a que se inhala y a la
larga produce una enfermedad profesional llamada bagazosis,
motivo por el cual se tienen problemas con el Instituto de
Seguros Sociales.
5
-
Debido a la necesidad de manejar grandes cantidades de baga
zo sobrante, para luego ser utilizado, ya sea como combusti
ble para las calderas o como materia prima para otras indus
trias, en el Ingenio Central Castilla S.A., se vió la impor
tancia de tener un sistema que maneje dicho material y a su
vez mejore las condiciones de trabajo; para lo cual se pre
senta el proyecto: CONDUCTORES ALIMENTADORES DE BAGAZO PARA
INGENIOS AZUCAREROS, diseñado para manejar el bagazo sobran
te necesario para producir 322.000 #/hr. (Libras de vapor
por hora) aproximadamente.
Con el diseño propuesto en este proyecto, se plantea la so
lución del problema, o sea alimentar bagazo por medio de
dos (2) conductores, uno como mesa alimentadora y otro como
elevador que le entregue al conductor de retorno que alimen
ta las calderas. La mesa será alimentada por medio de un
cargador con cuchara provisto de cabina para proteger al o
perario.
Dichos conductores estarán dotados con unidades motrices in
dependientes y con arrancadores localizados en un sitio es
tratégico.
Con la utilizaci6n del sistema, sólo se necesitan las cua
tro (4) personas habituales; no será necesario llevar gente
extra de otras secciones quienes en caso de paro en su sec
6
-
ción, tendrán una tregua en su labor.
De esta forma se mejoran las condiciones de trabajo y se ob
tiene una alimentación continua y pareja de las calderas,
evitando la falta de combustible en los conductores que oca
sionan bajas en la presión de las calderas.
En el cumplimiento y desarrollo del proyecto, se buscó la
standarización con los equipos existentes, en stock e insta
lados; logrando así la mayor economía del diseño.
7
-
1. CONSUMO DE BAGAZO
Se presentan tres casos en los cuales no se está moliendo
y hay necesidad de utilizar el bagazo:
a- En los arranques de la fábrica, realizados después de la
reparación de fín de semana o después de un paro anual
de reparaciones.
b- En las liquidaciones, operación que empieza al terminar
la caña prevista para moler cada semana; se paran los mo
linos, pero se necesita energía y vapor para procesar la
materia prima almacenada.
c- En los paros temporales de molienda, causados por algún
daño.
De los tres casos enunciados, el más crítico es un paro tem
poral de molienda; en el que las turbinas siguen moviéndose
en vacío y, la fábrica debe seguir funcionando para proce
sar el material existente. Al iniciar de nuevo la molienda
8
-
las turbinas deben tener la suficiente potencia para mover
los molinos a la velocidad de molienda.
Castilla cuenta con un tanden de cinco molinos con capaci
dad para moler 10.000t de caña diaria (TCD); pero en la ac
ctua1idad sólo se muelen 6.000 o sea el 6%.
Cada molino es movido por una trasmisión, que consta de
una turbina con relación de 1.000HP a 4.500RPM en su poten
cia máxima, con vapor a 225 PSIG y 498°FTT Y un juego de
reductores.
o sea que se requieren sólo 600 HP por turbina para dicha molienda a 2.700 rpm. De la gráfica de Performancé (Figura
l.) vemos que el consumo de vapor es de 21.000 #/hr aproxi
madamente. Adem§s del gasto anterior es necesario produci~
5.000 kw , los cuales se logran con un turbogenerador exis
tente de 6.250 kw de capacidad.
Mirando la gráfica de Performancé del turbo (Figura 2) tene
mos que para las condiciones de Castilla a 225 PSIG y 498°
FTT Y para generar 5.000 kw éste consume 167.000 1bs/h de
vapor. Consumo de vapor = 5 x 21.000 #/h x 167.000 #/h = 272.000
l/h.
Para proporcionar este flujo, se cuenta con tres calderas,
9 UniwtrSitltd Autlnlml 1ft Ouiitntt
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2lXl 2500 Z1IIl 39'JO 45 O O , , , ,
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I / '" /ti I /. '" s... 14 1 /..' Ambas válvulas manuales (\J ,/ ..o cerradas • o +l /ti 12
/.,. ...- 1,/ "', c: / (\J s... 10 o o-/ti >-(\J
8 "O Turbina de vapor C225 Condiciones de vapor o N°serie 15A- 2869 Entrada Escape
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" .o ,....
t: el>
s... o el. ttS > Q)
"O
o ",.., ;:)
Caba laje en el eje de la tur ina FIGURA 2. Gráfica de Eficiencia Turbogenerador
Con turbina para vapor M-25 nOserie 15-A-2922-1 Ve looci dad norma 1: 3.600 RPM. Condiciones de vapor Entrada 225 PSIG/498F, Escape 20PSIG
11
-
de 1100.000 ,150.000 Y 72.000 lb de vapor sobrecalentado por
hora (#/h), para un total de 322.000 #/h, o sea que las cal
deras trabajan al 84.5% (272/322) de su capacidad; sin em
bargo como factor de seguridad se consideran 1 as 322.000 #/h
Como se dijo antes, el Ingenio muele en la actualidad un
promedio de seis mil toneladas (6.000 t) de caña diaria apro
ximadamente, de los cuales resultan un mil seiscientos o 1
chenta tonel adas (6.000 x 28% = 1680 t) de bagazo por día.
Para llegar al consumo de bagazo de las calderas, tenemos
que hablar del poder calorífico del bagazo:
Al quemarse un combustible, se genera calor y la cantidad
de calor liberado por unidad de peso del combustible es co
nocido como el valor calorífico y se expresa en Btu por li
bra.
Los combustibles húmedos contienen hidrógeno, el cual cuan
do se quema, produce agua en forma de vapor; además algo
de agua originalmente presente en el combustible es también
convertida en vapor. Este vapor de agua contiene un calor
latente representando una porción del calor liberado por el
combustible.
1 H U G O T, o p. c i t., p. 618 •
12
-
Si el vapor de agua se condensa, este calor latente llega
a ser útil por su inclusión en la cantidad total de calor
liberado. El valor calorífico determinado bajo estas con di
* ciones es conocido como el valor calorífico bruto (Bh) •
El calor liberado por libra de combustible, no incluyendo
algún calor latente de los productos de combustión, es ca
nacido como el valor calorífico neto (BI).
Los cálculos de las calderas es usual basarlos sobre el va
lar calorífico bruto y como una condición, la eficiencia de
las calderas y lo concerniente, está relacionado con los va
lores caloríficos brutos.
** Rendimi ento tata 1 de 1 a ca 1 dera = Wbo (hi - hl ) Wf x Bh
donde:
Wbo = libras de vapor recalentado por hora (#/h) entregados
por la caldera = 322.000 #/h (tres calderas). h2 = Es la entalpía del vapor entregado o producido a225
PSIG o sea 225 + 14,7 + 239,7 PSIA ..,240 PSIA (presión al:soluta)
"* SUGAR MILLS. Laboratory manual for queensland.
** FAIRES. Termodinámica. Traducción de la 5a. edición en inglés p.343
13
-
De las tablas de Keenan + Keyes tenemos que:
h 2 = 1264,5 Btu/1bm.
h 1 = Es la entalpía del agua que entra a la caldera, o sea
a 190°F de Keenan + Keyes.
h1
= 15 7 , 9 5 B t u / 1 b m •
Wf = Las libras de combustible necesarios por hora; la in
cógnita.
Bh = La potencia calorífica superior, calor de combustión
o valor calorífico bruto del combustible.
En base a los datos de laboratorio (31 ct/82) como son por
centaje de sacarosa en el bagazo = 2,27..., 2 Y porcentaje de
h u m e dad e n e 1 baga z o 51.1.
E n e 1 a n e x o 1. s e o b s e r va q u e e 1 b a g a z o pro por c ion a 4.045
Btu/lb, para el 2% sacarosa y 51% humedad. Interpolando se
gún el mismo anexo, se tiene que para 0.1% de humedad, hay
que restar 8 Btu/lb del valor hallado.
B h = 4.045 - 8 = 4.Q37 Btu/l b.
Del catálogo de cada una de las calderas, tenemos que las
eficiencias son: 62,15, 64,5 Y 66% Y el valor promedio será:
E= 62,15 + 64,5 + 66 3
= 64,2%
14
-
E =
Wf =
322.000 lb/h (1264,5 Btu/lb - 157,95 Btu/lb
Wf _(~b) x 4.037 Btu/lb
322.000 (1264,5 - 157,95) = 64,2% x 4.037
137.477,98 -137.478 lb bagazo/h
El bagazo consumido por día =63 x 22 h/d = 1386 t/d •
El bagazo sobrante por día, si las calderas trabajaran al
máximo sería:
(6.000 t/d de caña x 0,28t bagazo/t caña) - 1386 t bagazo/d = 294 t
bagazo/d.
Este es el bagazo que acumulado constituye la reserva para
cuando se presente uno de los casos.
15
-
2. MANEJO DEL BAGAZO
Como se vi6 en el Capítulo Primero "consumo de bagazo ll ; pa
ra el proyecto se consider6 el sistema para manejar 63 tone
ladas de bagazo por hora (63 t bagazo/h).
Refiriéndonos a la mesa alimentadora, (que se describirá en
el capítulo cuartol para que ésta se mantenga con bagazo,
se subieron paredes en lámina a lo largo del conductor, pa
ra que funcione como depósito de bagazo y nos asegure una
alimentación continua entre viaje y viaje del cargador.
Según los datos asumidos tenemos:
Area de descarga = 7 1 x 15,5"/12 = 9,04 p2_9 p2
El peso total de combustible quemado por hora, se convierte
a caudal en pies cúbicos + p3 /mto (O); Q= v/t
V= Volúmen
t= Tiempo.
16
-
Q = 63 t/h x 2.204 lb/t=289,3 p3/mto 8 Lb/p3 X 60 mto/h-
Densidad del bagazo, 8 lb/p3
Pero Caudal también es:
Q = S x A + S= Q/A
S = Velocidad del conductor en piés/mto
A = Area de flujo en p2
S =289,3 p3 /mto 9 p2
= 32,1 p/mto - 32 p/mto
La capacidad (c) del sistema =
1,05 t/mto - 1,1 t/mto.
63 t C - - hr = 63 t/h 60 mto/h =
Se cuenta con un cargador cuya cuchara tendrá una capacidad
P = v x r
P = 217 p3 8lb/p3 = 1.736 lb/viaje
P _ 1.736 lb/viaje = 0,788 t/viaje 2.204 lIt
Se le tomó tiempo al cargador y se viá que puede hacer dos
viajes por minuto, o sea que la capacidad (C') del cargador
en t/mto es:
17
-
el = P x F
P = t/viaje del cargador
F = Viaje/mto del cargador
e' = 0,788 t/viaje x 2 viajes/mto = 1,576 _ 1,6 t/mto
La mesa podrá trabajar continuamente
si el > e y tenemos que:
1,6 t/mto = el >e= l,lt/mto
Por 10 tanto sirve un s610 cargador de estas caracterfsti··
caso
Sin embargo, como la mesa arranca del reposo podemos consi
derar para ésta una capacidad de tres y medio (3,5) viajes
del cargador para facilitar su trabajo, por lo tanto el va
lúmen de la mesa será:
v= 217 p3 x 3,5 = 760 p3 +
V mesa = L x A x H (largo por ancho por alto) +
760 p3 = 25 p x 7p x Á +
= 760 p3 = H (25 x 7) p2 4,34- 4,5 pies
Aproximando por encima la altura de la mesa sará de cuatro
y medio pies (4,5').
El peso de bagazo por pié de conductor será:
P= V. ( = 7' x 4,5 X 1 1 x 8 lb/p3 = 252 lb/p de conductor.
18
-
Para el conductor elevador, con 60 0 de inclinaci6n, tablilla
de 8" de altura y 10 pulgadas de alturalateral .
Sabemos que hay que entregar a una rata de 63t/h, o sea
289,3 p3/rnto con una tablilla de 3,11 p2 (56 11 x 811 ) por lo
tanto la velocidad sería:
S -_ n __ 289,3 p3 /mto __ ~ - 108,4 p/rnto A 2,67 p2
Pero ocurre que debido a la inclinaci6n, necesitamos saber
si es verdad que lleva la cantidad anotada para que sea a
esta velocidad y por lo tanto se traza la Figura 3. /~
FIGURA 3, Conductor elevador sección longitudinal.
19 I il";~id;¡ a~tonomo ~ ~;I;t.,,;; , I o.,.,ro 8Ib"rtt~"
-
Es necesario hallar el área de la Figura ABCO pero para
ello, antes hay que hallar la altura BE del triángulo ABE.
(fig 3.).
Tan g. 8 O o = ~ ~ -+ B E = tan g 8 O x 8, 7 5 = 49, 6 24 11 - 4 9 5 /8 11
5 CE = 49 /8- 24 = 255/811 y por semejanza de triángulos halla
mos Co:
AB _ BE -+ CD= _8,75 x 25,625 en- --cr- 49,626
Area ABCO
= 159,216 pulg 2 2
144 pulg X p2 = 2 1,1 P
= 4,518 11
159,216 pulg 2 =
Volúmen de bagazo en dos pies de conductor = 1,1 p2 x 4,67'
longitud de la tablilla = 5,137 p!
5,137 3 Volúmen . ... de conductor = p = 2,569 p3 en un ple 2
pie de conductor 2.569 3 8 1 PesO por = P x 20,6 -21 l/p = p 3 de cond
Entonces para hallar la verdadera velocidad se procede como
sigue:
63 t x 2.200 1 b h x t
= 138.600 lb/h - 2.310/mto
20
-
Velocidad del conductor = 2.310 lb/rnto 21 lb/p = 110 p/rnto.
Por lo tanto esta será la velocidad del conductor elevador
21
-
3. DESCRIPCION DEL EQUIPO
En la Figura 4. se muestra una disposición en elevación del
equipo existente y la ubicación del equipo a diseñar en el
presente proyecto (en amarillo), los cortes indicados están
mostrados en la figura 5. y, una planta ampliada de la loca
lización de la mesa alimentadora de bagazo (conductor #5) y
el conductor elevador de bagazo (#4) en la figura 6. se dis
puso así porque hay la necesidad de elevar el bagazo a 44,5'
y dejar espacio para qeu el cargador pueda moverse libremen
te dentro y fuera de la bagacera.
La mesa alimentadora {#5} se muestra perpendicular al con
ductor (#4), y éste se eleva como se muestra en la sección
BB, figura 5. para entregarle al transportador que alimenta
las calderas, #2. Este sistema estará expuesto a ~a intempe
rie ya que no se justifica ponerle cubierta.
Según los libros especializados en la materia recomiendan
conductores de rastrillo o tablillas de arrastre para trans
portar el bagaz0 2 •
22
-
,ZWrK/C A'Q¡f /;fI'd.f
4 l'
b cfb ~AIMt'J"" #
EP/~t:"/t::J CA¿p,r,pAJ'
---/~""o fIl
FIGURA 4. Sección lonqitudinal Edificio Calderas .Y l3aqacera
1~t1«1#¡
~A 8~
~A
CQY&'V¿"Tc::"A" E¿~ V..lPt?A"' M. . ., (N
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r - -- ._- ::::: ~ -- --- ::J
(..!J
¡:
-
La mesa alimentadora (conductor #5) básicamente es un cajón
hecho en lámina, reforzada y soportada en perfiles estructu
rales anclados al piso; en su interior se aloja un conduc
tor para entregar y dosificar la carga. Para su alimenta
ción se dispone de un cargador con cuchara, cuya capacidad
es de 217 p • Debido a ésto se asumió para la mesa alimen
tadora un ancho de 7 piés, un largo de 25 piés y una desear
ga de 15,5 pulgadas, para chequear el flujo en estas condi
ciones.
Se escogió una tablilla, metálica debido al ancho del con
ductor, de 6 pulgadas de altura por 90 pg de longitud apro
ximadamente. Esta mesa servirá como depósito y debe propor
cionar una alimentación continua al conductor elevador #4.
Para el proyecto se consideraron conductores con capacidad
para manejar 63 toneladas de bagazo por hora (63 t bagazo/~
el conductor elevador #4 (ver figura 5 sección 88), está
formado por dos tramos, uno horizontal y otro inclinado a
60 0 para entregar el material a la altura deseada. El ángulo
de reposo de bagazo es de 50° pero al utilizar tablillas de
arrastre permiten subirlo.
2
HUGOT, op. cit., p. 97
26
-
De esta manera se consideró una tablilla de madera de 8 pul
gadas de altura por 56 pulgadas de longitud, para utilizar
las mismas piezas de recambio empleadas en otro tipo de
equipo que funciona en la fábrica, y espaciados cada 24 pg
según recomendaciones de Link Belt.
Para una tablilla de 8 pulgadas se escogió una altura late
ral de 10 pulgadas que sirva de guía al bagazo.
La conformación general del conductor le dá el tamaño de
los piñones los cuales se escogerán de acuerdo a la cadena.
En el estudio de cada uno de los catálogos de los fabrican
tes de cadenas tales como Reno1d, Rex, Wart, y Link-Ber1t,
aún cuando todas tienen métodos parecidos para los cálculos
de conductores se decidió basarse en este último para ha
llar la cadena y otras partes constitutivas de este proyec
to, por tener una información más completa y detallada, y
por ser fabricantes de maquinaria para la industria azucare
ra con una trayectoria considerable.
27
-
4. CALCULOS PARA LA MESA ALIMENTADORA
Conductor de arrastre con dos hileras de cadenas de rodi
llos, soportados tanto en la línea de carga, como en la de
retorno.
Velocidad del conductor: 32 p/mto •
Distancia entre centros: 25 pies horizontal.
Hueco y diámetro de los piñones: cuatro y 23 pulgadas (asu
mido en base a equipos existentes).
'·1aterial a transportar: Bagazo ( J =8,0 lb/p3 peso especí
fi co) •
Peso del material por pié del conductor :252 lb.
Tamaño de la tablilla: canal de 6 pulgadas x 7,5 pies de .
longitud.
Peso de la tablilla:
P =8,2 lb/p x 7,5 p: 62,0 lb.
Espaciamiento de la tablilla: dos pies = 24 pulgadas*
* LINK BELT, recomendada por el autor en su catálogo 1.000 p.297
28
-
condiciones de operación: choques de carga moderados, cho
ques infrecuentes, expuesto a la intemperie, muy pulvurulen
to, no abrasivo, medianamente corrosivo y temperaturas raza
nablemente altas. (tabla l.)
Horas de operación por día: 10 horas.
4.1. SELECCION DE UNA CADENA DE PRUEBA PARA EL CONDUCTOR DE
LA MESA.
Para seleccionar la cadena del conductor, se escoge el tipo
de cadena mejor deseada (ver tabla 8. Anexo 2.).
Para un conductor con cadena de rodillos, y material lleva
do (o deslizada) para carga moderada o pesada nos dá una ca
dena SS o LXS de rodillos con buje.
Al referirse a la lista para este tipo de cadenas, se vé
que las ilustraciones marcadas con los tipos 2 y 4 (tabla
8 anexo 2) cumplen con los requerimientos, pues los rodi
110s tienen un diámetro mayor que la altura de las barras
del eslabón. Cualquier cadena de estos tipos y seis pulga
das de paso sirve siempre y cuando tenga la resistencia a
propiada; tentativamente se selecciona una de estas con re
sistencia más baja en este grupo puede ser la cadena SS213Q.
En los anexos tres y cuatro (pp 112 ) aparece el aditamento
señalado con el número A 42, útil para conductores de tabli
Uni",rsi.td 'ut.nomg ie OrrilMlltwl
29 Oepru ft,bhetfl'fn
-
TABLA l. Factores de servicio
CONDICIONES DE OPERACION FACTOR DE
SERVICIO
Características de
carga
Frecuencia de los choques
Condiciones
atmosféricas
Operacion
Carga uniforme o estable Choques de carga modera dos, choques de carga du ros.
Choques infrecuentes Choques frecuentes
Relativamente limpio y temperaturas moderadas
Moderadamente pulvurulen to y temperaturas modera
1,0 1,2
1,5
1,0 1,2
1,0
das 1,2
Expuesto a la ;ntemperi~, muy pulvurulento, abrasivo medianamente corrosivo, y temperaturas razonablemente altas 1,4
8 a 10 horas por día 1,0
10 a 24 horas por día 1,2
Tanado de LINK-Belt ~050 catálogo p. 27 productos y canponentes para
manejo de materiales y transmisi6n de potencia.
30
-
llas de arrastre.
4.2. CALCULO DE LA TENSION MAXIMA EN LA CADENA DE LA MESA
Y LA POTENCIA REQUERIDA.
Del anexo 5 (pag.113) se selecciona el croquis B que repre
senta el arreglo de nuestro conductor, basados en los si
guientes datos:
Conductor de tablillas, cadena de rodillos, material desli
zante, posición horizontal.
Con las fórmulas dadas para este croquis en el anexo 6.
(pag.114) se procede a hacer el cálculo:
~ r--o U
~ I
1
-
H = Pl SK 33.000
H = Caballaje necesario en el eje de cabeza
PI= Tensión máxima de la cadena en el eje de cabeza, libras
s = Velocidad del conductor, pies/mto.
S = 32 p/mto.
K = Factor pa ra cadena lubricada.
K = 1,15 (anexo 5 pag .113 PI= Ps- P3 = L (2,2 Cw Fm + h G) + 2N
L = Distancia entre centros = 25 P
A d C = D
A = Factor de tabla en anexo 6 = 0,25
d = Diámetro pasador de la cadena = 3/4 pg (anexo 7 pag11~
D = Diámetro rodillo de la cadena = 2 1/2pg
c = g,25 x 0,75 = 0,068 2,75
W = Peso de cadena + tablillas por pié y por línea de con
ductor.
En el anexo 7 se encuentra que una cadena SS2130 pesa 11,8!
Lb l/p.
La longitud de la cadena a cada lado del conductor es:
L = TI x D + 2 x 25 = TI x ~ + 2 x 25 = 56 P 12
La cantidad de tablillas es 56/2 = 28
Las tablillas por pié de conductor son 28/56 = 0.5 tabli
llas por lo tanto, el peso W de la cadena más tablillas,
32
-
más peso del material por pié de conductor y por línea de
conductor es:
M = peso del material por pie de conductor en
M = 33,33 T S
T = Capacidad máxima t/h = 63
S = Velocidad en pies/mto =32
M = ~3,33 x 63 = 65,6 lb/pie conductor 32
libras.
Teniendo la sección del conductor podemos encontrar también
el peso del material por pie de conductor.
V = 4,5 pies alto x 7,0 pies ancho x 1 pie = 31,5 p3
Peso = V x f= 31,5 p3 x 8,0 lb/p3= 252 lb
Se toma el mayor valor que es 252 I
M = 252 lb/pie de conductor.
W = 2 x 11,8 lb/p + 62 x 0,5 = 54,6 ~ 55 lb por pie de con
ductor y por línea de conductor.
f = Factor por presión
f = 0,45 h = Altura del material transportado por la mesa en pulga
das = 54"
h = 2916
G = 0,006 (tabla 5 del anexo 5) debido a la presión horizon
ta 1 •
33
-
N = Tracci6n para mantener la cadena tensionada 6
N = Tensi6n en la catenaria en lb
N = + WZ
W = (peso de la cadena + peso de la tablilla) por pie de
conductor por línea de conductor = 2 x 12 + 62 = 55 lb 2
u = Distancia horizontal no soportada. En nuestro caso la
cadena se apoya en toda la longitud sobre platinas de
desgaste.
u = o.
Z = Flecha de la catenaria en pies
Z = 0.,375 UV, pero U = o.
Z = o.
Para descripci6n de símbolos, ver anexo 5 (pag. ll~
v = Actual longitud de cadena - U Por lo tanto:
N _ 55 x o. 8 x o.
P~ = P6 - P3 + 2 x o.
P2 = 2,2 P4
P3 = N = o.
+ 55 x o. = o.
= 25 (2,'2 x
= 3.298 1 b .
P4 = P3 + LCWW
0.,068 x 55
P4 = o. + 25 x 0.,0.68 x 55 = 93,5 lb
34
+ 0.,45 x 2916 x 0.,0.0.6) +
-
P2 = 2,2 x 93,5 = 205,70 :::206 1 b
Ps = 1,2 P4
Ps = 1,2 x 93,5 = 112 1 b
P6 = Ps + L (CW + FM + h2 G)
P6 = 112 1 b + 25(0,068 x 55 + 0,45 x236 + 2.916 x 0,006)
P6 = 3.287,9 _3.298 1 b
PI = P6 P3 = P6 - O PI = P6 = 3.298 1 b
H - PI SK 33.000
+ 3.298 x 36 x 1,15 = 33.000
4,137 H.P._ 4,14 H.P.
4.3. NUMERO DE DIENTES DE LOS PIÑONES PARA LA CADENA DEL
CONDUCTOR
Refiriéndose al índice de la lista de piñones para la cade
na de prueba enel anexo 8 (pag~16)se observa que para una
cadena SS 2130 los piñones de acero fundido están anotados
en la lista 240, grupo B, anexo 9 (pag.117). Un piñ6n con
un diámetro más cercano a 23 pulgadas es uno de 12 dientes
y 23,18 pulgadas de diámetro primitivo; no se escoge la ca
dena 552180, porque al buscar el piñón,no tiene uno cercano
al diámetro deseado.
El hueco de este piñ6n también se acomoda a nuestra necesi
dad, pues tiene 3 15/16 que es muy pr6ximo a cuatro pulga
35
-
das que es lo requerido. Cuando se haga el cálculo del eje,
se chequeará, haber si este piñón con ese hueco sirve.
4.4. SERVICIO Y FACTORES DE CORRECCION
Los factores de servicios seleccionados de la Tabla 1.(pg3a
son: 1,2; 1,0; 1,4; 1,2.
El factor de corrección para cadenas SS lo sacamos de la
tabl a 11 del anexo 2 (pag .11.]) con S = 32 pjrnto y 12 dientes.
Interpolando tenemos: 25 pjmto + 0,075 diferencia
7 pjrnto X
X = 0,21
El factor de corrección para cadenas ~ sera:
0,787 + 0,021 = 0,808
El factor final será . = 1,2 x 1 x 1,4 x 1,2 x 0,808 = 1,63 .
4.5. TENSION DE LA CADENA EQUIVALENTE
La tensión de la cadena equivalente, es usada para seleccio
nar una cadena de suficiente capacidad que satisfaga las
condiciones de operación, para calcular la tensión equivalen
te de la cadena, se multiplica el factor final por la ten
sión de la cadena requerida, que es el valor en p~ de la fi
gura 7 (pag.119
36
-
Tensión de la cadena equivalente ~ 1,63 x 3.298 lb = 5.376
lb, ya que se está usando cadena en ambos lados del conduc
tor, la tensión de la cadena en cada lado, es la mitad de
la cantidad encontrada o sea: 5.376 2
- 2.688 lb
4.6. CHEQUEO DE LA SELECCION DE LA CADENA DEL CONDUCTOR
La tensión permisible de la cadena SS 2130 es 5.900 lb.
(anexo 7 págl1~ La cadena que se excoge, es la de menor tensión
permisible en este tipo.
Hay otros tipos con un valor más cercano, pero no sirven pa
ra el aditamento requerido en nuestro caso, por 10 tanto se
escoge esta que está por encima de la tensión de trabajo
rea 1 •
4.7. LONGITUD DE LA CADENA DEL CONDUCTOR Y DISTANCIA ENTRE
CENTROS
Usando las fórmulas de Link Be1t, tenemos:
T = número de dientes por piñón = 12
C = Distancia entre centros aproximadamente, en pulgadas =
25 x 12
P = Paso de la cadena en pulgadas = 6
37
-
N = 12 + 2 x 25 x 12 I = 112 pasos
Distancia entre centros = N - T 2
x P
= 112 - 12 2
x 6 = 300 pulgadas = 25 P
Que es la distancia anotada inicialmente.
La catenaria de la cadena está absorvida por la platina de
desgasto que soporta las cadenas arriba y abajo.
4.8. LUBRICACION
De acuerdo con las recomendaciones de Link-Belt, la lubrica
ción será por goteo.
4.9. RESUMEN
La cadena seleccionada es la SS2130 de Link-Belt con seis
pulgadas de paso, una tensión permisible de 5.900 lb Y una
resistencia última de 38.000 lb promedio. Esta trabajará
con piñones (sprochets) de 12 dientes de acero fundido.
4.10. SELECCION DE LA TRANSMISION
Para la transmisión se va a usar cadena de precisión de rodi
38
-
llos standard de acero, (STANDARD ROLLER CHAIN) las cuales
trabajan con piñones fresados. Es el tipo de transmisión
más usado. Estas cadenas sirven para baja o alta velocidad
y manejan cargas ligeras o extrapesadas con igual eficien
cia y suavidad. Con este tipo de transmisión, podemos re
bajar la velocidad que nos entrega el reductor a 6 RPM que
es la velocidad del eje de cabeza de la mesa.
La fuente de potencia se colocará sobre la estructura del
conductor elevador, encima del eje de cola de este, 1imitán
donas un poco el espacio, por lo cual se usará un motoreduc
tor de piñones rectos y ejes paralelos en los cuales se
pierde menos potencia que los reductores de piñones y torni
110s sin fin.
Del anexo 10, tabla 2 (pag 11S se puede escoger un motoreductor con velocidad de salida de 20 - 25 o 30 RPM que cubre entre
uno y 20 H.P. (l~ HP ~20) rango entre el cual debe estar el
deseado. Se toma una velocidad de salida del reductor tenta
tivamente que puede ser 25 RPM Y procedemos a seleccionar
los piñones y la cadena de prueba con los siguientes datos:
Fuente de Potencia Motor eléctrico.
Caballaje a ser transmitido 4,14 HP.
Velocidad del eje motriz 25 RPM
Equipo a mover: Conductor de arrastre con carga no unifor
39 Un;'ltrs1dO"d ~utonorno d~ ft.r;,_~
O~!'() ~lh¡'rttHfI
-
me ( "Conveyor fl ight ll ).
Tamaño del eje de cabeza: Cuatro pulgadas aproximadamente
de acuerdo a los piñones seleccionados anteriormente
(sprockets).
Velocidad del eje conducido: 6RPM (eje de cabeza)
Distancia aproximada entre centros de ejes: 34 pulgadas, li
mitación de espacio.
Con esta información y según anexo 11., se procede como si
gue:
Se halla un factor de servicio de la tabla (del anexo 11)
y basados en el tipo de fuente de potencia y el tipo de e
quipo a manejar, dá 1,3.
Luego se consigue un caballaje equivalente, multiplicando
el caballaje a ser transmitido por el factor de servicio:
Caballaje equivalente = 4,14 HP x 1,3 = 5,38 HP
Con el caballaje (5,38 HP) Y la velocidad del piñón más pe
queño (25RPM) que es el que va en el eje del reductor; se
selecciona una cadena sencilla de rodillos standard como ca
dena de prueba as í obtenemos una cadena RC 140 de 13/4" de
paso. (anexo 12 pág. 120.
Se hace referencia a la tabla de relación de caballaje para
40
-
cadena RC (anexo 13 ) para determinar el número de dientes
del piñón motríz.
Con 25 RPM se baja hasta encontrar el caballaje más cerca
no a 5,38 que es 5,33 y luego se vé a la izquierda el núme
ro de dientes del piñón pequeño o motriz y nos dá 12 dien
tes.
Cuando se seleccione el motoreductor se chequea si el hue
co del piñón (31/8 máximo) sirve para el eje motriz, se ha
lla la relación y el ndmero de dientes del piñón conducid~
y se calculará la distancia exacta entre centros de piñones.
4.11.SELECCION DE MOTOREDUCTOR
Equipo a mover: Conductor de arrastre con carga no uniforme.
Cargas de arranque difíciles que exigen hasta tres veces el
esfuerzo torsional de la plena velocidad de carga. (ver ane
xo 14 pág .122 )
Velocidad de eje de cabeza de la mesa: 6 RPM
Horas de operación por día lQ
Caballaje transmitido 5,38 HP
Se procede como sigue: Se escoge la clase de servicio para
este conductor, según las condi.ci.ones dadas (anexo 15 ~ )
41
-
y nos dá un servicio clase 2~ cuando se presente el caso de
cargas de arranque difíciles que exigen hasta tres veces el
es fuerzo tors i ona 1 de 1 a plena ve 1 oc i dad. Como lo recomienda
Link-Belt 3 - dividir el cabalaje pico, por dos y usar el resultado como
caballaje transmitido. Esto es:
Caballaje pico = 5,38 x3 = 16,14 el caballaje transmitido =
5,38 x 3 2
= 16,14 2
8,07 HP
Con la velocidad de salida del reductor 25 RPM Y los datos
obtenidos como son: 8,07 HP Y servicio clase 2, se procede
a seleccionar el motoreductor de la tabla 2 de acuerdo con
el anexo 10 (pág 118 ). El caballaje más pr6ximo por encima
es la HP y se escoge un motor denominado 10FTF2 con un tama
ño de bastidor (frame) 256 U.
El número 10 indica el caballaje, la primera letra el tama
ño del motoreductor, la segunda letra indica la reducci6n,
en este caso. la T siggnifica triple reducci6n, la tercera
letra F es la designaci6n para la transmisi6n de motoreduc
tares y el último número significa la clase de servicio, el
diámetro mtnimo del piñón; para un tamaño F es de 7,3 pulga
3 LINK-BELT, 1000 materials Handling and processing equipment.
42
-
das
-
motoreductor), por la velocidad del eje que gira más despa
cio (6RPM eje cabeza del conductor).
Relación (ratio) = 25RPM 6 RPM = 4,166
Ahora con este valor se determina el número de dientes del
piñón conducido, multiplicando la relación obtenida por el
número de dientes del piñón pequeño.
Número de dientes = 4,167 x 16 = 66,67~ 67 dientes.
Debido a las limitaciones de espacio y que los diámetros
primitivos de estos piñones son de 10,252 11 (16 dientes, Re
160) y 42,669 11 (67 dientes Re 160) y caben en el sitio des
tinado, pasamos al siguiente tamaño de cadena o sea una Re
180 de 2~411 paso y procediendo de la misma manera se obtie
ne un piñón de 12 dientes, transmitiendo un caballaje de
10,6 HP a una velocidad de 25 RPM, Y admite un hueco máximo
de 4 pulgadas, el cual sirve para este caso.
Número de dientes del piñón grande = 4.167 x 12 = 50
Pero se deja de 51 dientes para utilizar uno por (12 dien
tes) y el otro impar (51) para buscar un desgaste más pare
jo de la cadena.
44
-
La velocidad no varía mucho: V= 25 RPM x 12 dientes = 51 dientes. 5,88 RPM
La distancia entre centos de piñones y la longitud de la ca
dena se calculan con las f6rmulas del anexo 18. (pág 126)
Factor A = G - g 2 e
G = Diámetro primitivo del piñ6n grande (51 dientes), en
pulgadas = 36,549", (ver anexo 19 pá9121.
g = Diámetro primitivo del piñ6n pequeño (12 dientes), en
pulgadas = 8.693"
e = Distancia deseada entre centros, en pulgadas = 34
A =_36,549 - 8.693 = 0,41 2 x 34
En el anexo 18, se encuentran los factores B, C y O corres
pondientes al valor de A más cercano que es 0,40674
B = 1.827; C= 0,3667; O = 0,6333
El número de pasos _ Be - P + C;+ DT donde
P = Paso de la cadena = dos pulgadas
s = Número de dientes en el piñ6n motriz = 12
45
-
T = Número de dientes en el piñón conducido = 51
Número de pasos = l,8271x 34 2 + O ,3667 x 16 + 0,6333 x 67 =
= 84,8403
Ya que se está usando cadenas de barras rectas, se toma es
te valor como N para calcular el valor exacto entre centros,
puesto que éste debe ser un número preciso de pasos, tene
mas:
E =_JN' -Ct- DI} P = Distancia exacta entre centros de pi B
ñones en ñulgadas.
E = 184.8403 - '0.3667 x 16 - 0,633 x 67) 2 = 1,8271
Que es la distancia entre centros deseada.
Se continda ahora con los datos que faltan por chequear del
motor.
Cuando la fuente de potencia no está directamente acoplada
al equipo que se desea mover, es necesario chequear las car
gas de suspensión en el reductor (over hung load) para lo
cual se usa la fórmula dada aSl:
Carga de suspensión =_126.000 FH donde: DN
F = Factor para transmisión por cadena = 1.0 (engranaje 1,25; correa en V 1,5; correa plana 2,5).
46
-
H = Caballaje transmitido = 10 HP D = Diámetro del pi~6n peque~o en pulgadas = 8,693"
N = Velocidad en RPM = 25
Carga de suspensi6n __ 126.0nO x 1 x 10 = 8.693 4.916,1
El valor máximo admisible de esta carga para el eje de un
reductor TF tama~o F (10FTF) está dado en la tabla del ane
xo 20 (pág 124~ con 25 RPM se obtiene el valor 10.460; el
valor encontrado es mayor que el calculado (4.916 lb) por
lo tanto está sobrado, y se puede seguir adelante.
Se selecciona ahora el montaje deseado de los arreglos mas
trados en el anexo 21 (pá9122) para motoreductores (gearmo
tors) en nuestro caso es un montaje de piso Fl; seguidamen
te se especifica el tipo de cierre de motor determinado por
las condiciones de servicio, como s6n: Motor expuesto a la
intemperie y material a manejar muy pulvurulento.
Por lo tanto podemos usar un motor TEN. V. que quiere decir
totalmente cerrado y no ventilado.
Suministro de corriente: A.C. (corriente alterna)
220/44Q voltios, 3 fases, 60 ciclos y disefio C.
TQrust Load Rating.
El motoreductor no necesita dispositivo para evitar la rota
47
-
ci6n al rey§s~ ya que el conductor es completamente horizon
tal.
La base del motoreductor tendrá un sistema de corredera pa
ra tensionar la cadena de la transmisión.
4.12. CALCULO DEL EJE DE CABEZA DE LA MESA
95.5 ..
FIGURA 8. Eje de cabeza de la mesa
hP = cn (2 ~ r) ( n) = (12) (33.000)
Frn 63.000
6:75"
o
Tn
63.000
hP = Caballaje transmitido = 8 HP F = Fuerza aplicada en la circunferencia
r = Radio de la circunferencia
n = Número de revoluciones; 22,5 RPM
T = Par de giro ó par de torsión
48
-
Ta. = 63.000 x hP = 63.000 x 8 hP = 84.000 lb-in n 6 RPM
Te = TO = Ta/2 = 42.000 lb-in
La fuerza que produce flexión en el eje debido a la cadena
de la transmisión es:
Fa = 2 (F 1 - F 2 ) 2 Ta =----- = 2 x 84.000 = 11.715,5 lb 14,34 ra
Ax = Fa cos 33 = 11.715,5 x cos 33 = 9.825,45 lb '" 9.825
Ay = Fa sen 33 = 11.715,5 x sen 33 = 6.380,22 lb '" 6.381
Fe = FD -~ 2TC 2TD re y;¡)
2 x 42.000 11,59 = 7.247,63 '" 7.248 lb
Fe y FO están localizadas en el eje X.
Fe =7248
e
~B,," 17791 8" 6.75" ~s.s·'
F'D= 7z48
o E)(
RE =6530
6.75"
7/8 L--____ ---¡ I----+-~-----~-~v:o
6..530
1----'9825
78600
FIGURA 9. Diagrama de cortante y momento flect'Jr, .eje de mando.
49
-
109"
FIGURA 10. Diagrama de cortante y momento flector, eje de mando.
¿F x = O En el eje X - X
9.825 + 7.248 = Rbx Rex
24.321 = Rbx + Rex
¿Me = O
7.248 x 6,75 = 7.248 x 102,25 - Rb x 109 + 9.825 x 117 = O
Rbx = 1.939.194,6 = 17.790,78-17.791 lb ~ 109
Rex = 24.321 - Rb = 24.321 - 17.791 = 6.530
En el eje y - y
¿F = O
6 • 380 = Rb + Re
¿Me = O
Rb x 109 = 6.350 x 117 ~
Rby= 746.460 = 6.848,26 _ 6.848 lb 109
50
-
Re = 6. 380 - RB
Re = - 468 lb Que indica que vá en sentido contrario al d;uujado ini cialmente.
4.12.1 Momento máximo flector.
Mmax ax = 9.825 x 8 = 78.600 lb/pg
Mmax ay = 6.380 x 8 = 51.040 lb/pg
El momento máximo flector es igual a la suma vectorial de
los componentes en X y Y, en nuestro caso en el punto B.
M B = ( M b x 2 + M by 2 ) 1 h = ( 7 8 • 6 O (j + 51. 04 Q 2) 112
MB max = 93.717,88 93.718 lb-in
d {5,1 [/K M) -pSd ~ m + ( K tT ) l"" l 1, * d= Diámetro del eje en pulgadas.
Ssd = Esfuerzo de cizalladura permisible (de diseño)
Para aceros de propiedades conocidas, Ssd es el menor de los
valores obtenidos en las siguientes ecuaciones:
Ssd = 0,30 Syt ó Ssd = 0,18 Sut donde:
* Fórmul a tomada de ASME. Conferenci.a U. Valle
51
-
Syt = Resistencia en el punto de f1uencia PS1 Sut =Resistencia 01tima del material en tensión =99.000 Ps
* Para un acero CI045 recomendado por los fabricantes de
aceros al carbono para este tipo de elemento.
Syt = 54.000 Ps 1
Sut = 87.000 PS.l
Ssd = 0,30 x 61.000 PS-1 = 18.300
Ssd = 0,18 x 99.000 PS.l = 17.820
Tomamos el menor, pero como existen cuñeros o chaveteros,
lo multiplicamos por 0,75
Ssd = 17.820 x 0,75 = 13.365 PS.l
De la tabla de la ASME para factores de flexión Km y Kt,
factor de torsión para un eje giratorio y carga constante.
Km = 1,5
Kt = 1
Aplicando la fórmula para hallar el diámetro tenemos:
~
=15,1 I 2 o2"'I..l,P D U3.625 ¡ (1,5 x 93.71~) + (1 x 84.QOO) /2} /3= 3,9683 d { " } ~ 4"
-
4.13. SELECCION DE LOS RODAMIENTOS PARA LOS EJES DE CABEZA
Y COLA DE LA MESA.
Para la determinaci6n del tipo de chumaceras sobre los cua
les van montados los ejes de ca&eza y cola de la mesa, se
tuvieron en cuenta los siguientes aspectos:
a- Debido a la funci6n que va a cumplir este equipo, estará
sometido a frecuentes arranques y paradas, lo que hacen
más favorable un rodamiento y no un buje.
b- Las condiciones ambientales de extrema contaminaci6n, ya
que estarán en contacto directo con el bagazo y a la in
temperie.
c- El dimensionamiento del buje se presta más a la inestabi
lidad geométrica, debido a las tolerancias, y más tarde
por el desgaste de éste.
De acuerdo a lo anterior se procede a seleccionar un roda
miento de rodillos a r6tula, de acuerdo al método de la SKF
en su catál02401 Sp.
Se calcula la carga equivalente con la siguiente f6rmula:
P = XFr + YFa
donde:
53
-
Fr = Carga radial constante real
Fa = Carga axial constante real
X = Coeficiente radial del rodamiento
y = Coeficiente axial del rodamiento
Para una carga puramente radial (Fa = a), tenemos que P=Fr
(ver tabla 1 en anexo 22)
Se encuentra la carga raidal Fr aplicada, refiriéndose a
los datos del cálculo del eje de 4 pulgadas, (anexo 23págl30
y se utiliza la resultante de mayor valor dada por las car
gas en los apoyos en los ejes X y Y.
Punto B: RBx = 17.791 lb Y RBy = 6.848 lb
Fr =/!{Bx 2+ RBy2 = /17.7912 + 6.8482 = 19.063 lb
Punto E: REx = 6.530 lb y REy = 468 lb
Por ser los valores en el punto E menores que los del punto
B, se trabaja con la carga radial Fr = 19.063 lb
Datos:
Diámetro del eje = 4 pulgadas (cabeza y cola) carga radial:
Fr = 19.0631b = 8.665 kg, duración nominal del rodamiento
= 30.000 horas (según tabla del anexo 24.pág/3Z).
54
-
L = 60 x n Lh = 3 x n x Lh -1.000.000 50.000
donde:
L = Relación entre la duración en millones de revoluciones
y la duración en horas de funcionamiento.
n = Velocidad del eje en RPM = 6
Lh = Duración nominal en horas de funcionamiento.
Lh = 30.000 horas
L = 3 x 6 RPM x 30.000 Koras 50.000 = 10.8'
Con este valor de 10,8 se va a la tabla 2 Rodamiento de ro
dillos (anexo 25 págl~ y se halla el valor de C/P ó seguri
dad de carga; donde:
C = Carga dinámica
P = Carga equivalente = Fr (en nuestro caso)
Interpolando tenemos:
L C/P
10 >2
12 >2,11
Diferencia L Diferencia C/P
2 > 0,11
0,8 -----> X;
C/P = 2 + 0,044 = 2,044
C = 2,044 x P
X = 0,044
C = 2,044 x 8.665 = 17.711 Kgr
55
-
Con este valor de 17.711 kg, en la lista de rodamiento de
rodillos a r6tula se busca uno que con esta carga, sirva
para un diámetro de 4 pg
Se vé en el anexo 26 (pág.134) que en la serie 232 Ck exis
te un rodamiento #23222 Ck con agujero c6nico, para usar
con m a n g u i t o de f i j a c i 6 n H 2 3 2 2 Can e x o 2 7 p á g I 35} par a 3 1516
pg de diámetro (HA 2322).
Este rodamiento tiene una carga dinámica C de 44.000kg, la cual
está por encima del valor deseado. El rodamiento se aloja
en un soporte SN 522 dado.
4.14. CALCULOS DE LA ESTRUCTURA DE LA MESA
De acuerdo a la disposici6n mostrada en la figura 5 (pág24)
(secci6n de la mesa) para su cálculo se tuvieron en cuenta las
siguientes consideraciones:
A- El conjunto de las canales laterales que forman el con
ductor, los angulares y la lámina del fondo forman una
viga, que soporta el vagazo.
B- Los ángulos inferiores que soportan las cadenas y tabli
11as de retorno, se comportan como vigas a cada lado del
conductor.
56
-
c- Los tubos a lo largo del conductor y la lámina o costane ra son un peso adicional para las columnas.
7 - Q"
==11:: 1 ámi na ==11:; LO LO M M ca 6§ I
~ :3: .. .. a a N N ,.... ,.... ttS ttS
U U
~ - ttS r línea de carga y t.h ~ (]) ~
1- tao 1 illa iE e'
~ b:, ~~ ~
M CM
~ ex ::s 00 e :s: ,.... 03 ~ u
-
/
A- Para el primer caso se tiene:
Peso del bagazo por pié de conductor
Volúmen = l' x 7' x 4,5' = 31,5 p3 = V
Peso (P) V.! = Volúmen x densidad.
P = 31,5 p3 x 8lb/p3 = 252 lb/p
Peso de la estructura x pié de conductor
2Cs 8" x 11,5#-~11,5# x 2 2 L s 3" x 2" X 3 / 8 "_> 5 , 9 # x 2 2 P L s 3" X 3 I 8" ( d e d e s 9 a s te) -> 3 , 83 # / p x 2
1 lámina 1/4" esp. (fondo) 8,42 p x 10,2 #/p
2 cadenas (SS 2130) 12.0 #/p x 2
( ) 7,53 P x 8,2 #/p Tablilla arrastre - --2
Peso total estructura
Peso total = Peso bagazo + peso estructura
Peso total = 252 + 183,3 = 435,3-440 lb/p
.J 23,0
11,8
7,7 85,9
24,0
30,9
183,3
El momento m&ximo se encuentra en los puntos B y D de la fi
gura 12,
M max = 1.279 lb/p = 15.348 lb/pg
Sw = Mmax (m6dulo de la secci6n de trabajo)
Sw = 15.348 lb/pg = 0,853 pg3 18.000 lb/pg2
58
-
(J'l
\O
, = :::t ¡. ~.
i (;) 1: ' .. ~
I
'_fj I
w = 440 Lb/PI
-
4.15. MODULO DE LA SECCION (ADMISIBLE)
FIGURA 13. Sección viga superior mesa alimentadora.
y =l: di Ai l: Ai
-r-.. o lO .. o
l l'
y 2 (4 x 3,38 + 1,461 x 1,73 + 0,125 x 25,3) = 38,42 = 0,632 2(3,38 + 1,73 + 25,3) 60,82
• • 3
Ixx = 2(32,61ny + 3,381n x 3,618 2 + 0,543 + 1,73 x 1,0792 )+-,132 +
25,3 x 0,507 2
• 4 Ixx = 165,4 1n
• 4
Sad = Ixx 165,4 1n = 21,7 pg3 -C- = 7,618 in
60
-
Sw Sad;
0,853 pg 21,7 pg
Por 10 tanto sirve
B- Chequeo angulares inferiores de retorno
Peso de la estructura
- 2 3 11 X 3" (9 d e d e s 9 a s te) 3,83 #/p x 2 =
2 L s 4 x 4 x 3/ 8 ., 9 , 8 # / p x 2
Cadena (SS 2130) 12,0 #/p x 2
Tablilla CC 6 11 x 8,2# ) 7,53 x 8,2 #/p 2
Peso total
=
=
=
7,7 #/p
19,6 11
24,0 11
30,9
82,2 #/p
Como los ángulares van a cada lado; el peso por viga es:
w _ 82,2 #/p 2
41,1 #/p
El momento máximo se encuentra en los puntos B y D de la fi
gura 13
M max = 119,5 lb/p = 1.434 lb/p
SW = Mmax (módulo de la sección de trabajo) cr
61
-
m N
wl A
I=- 5.2/' ~2.do . .393wf
=.1 84. '2 Lbs
wf
s 1:;. $.2/'
1282: l.l43W! :. '244.8 L!,.s.
w =4/./ L6sjp'~ wl'
e 1= 5.2/ I
I2cz :.~.928Wf :. 199 LbS.
o. 4 w.l=. 99.4
wl o
1= S,2' I
J2"Pz =. J. 14 ?I w f :. z 44·8 u's
E
RE.z 1=..0. 393vJ f =-84.2
::::--... ~ v= o C::, :::::::::"===--~~---+--====::---.~~::::--t-----=::::::::=:::......=--==. ~:::::::::::-r--';::::""""~~3 w f =84.2
. +o.O?72w
ll~-r (!).~c}3 f
::: 2' W .= 2.8' FIGURA 14. Diagrama de cortante y momento flector viga inferior mesa.
-
Sw 1,434 lb/pg = 0,08 pg3 18.000 lb/ pg 2
Módulo de la sección (admisible)
= 1,52 pg3 (del manual AISC)
FIGURA lS'~":Seec:i'Órn viga inferior mesa alimentadora
C- Cargas adicionales por lado de conductor
Tubos 3 11 Sch 40 7,6 #/p
L á m i na 3/ 8 l' e s p. (c o s tan e r a) = 3, 83 11 x 15, 3 # / p 58, 7 --=----11
WL A
LO' 5.2/'
wL 8
L. 5.2/'
Rl33:/./43UJL ~395Lbs
W-G{; 3 -, wt. e
L=.5·2t'
lJ::3.0.928Wt. ",,32/Lbs
66,3 #/p
wL ID
L= 5.2/'
Ja:J3,¡'143Wt.. ~39SLós
e.
K.€J=O.3q3Wl. =/3€d.ós
FIGURA 16. Diagrama de cargas adicionales en columnas
RESUMEN:
Ca rg as en columnas.
Columna A = E = RAi + RA2 + RA3 2
Columna A = E 901 + 84,2 + 136 670,7 ..... 671 lb = --- = 2
63
-
Columna B = D = RBi -2- = RB2 + RB3
Columna B = D = 2620 2
+ 245 + 395 = 1.950 lb
Columna C = RCl 2
Columna C = 2.127 2 + 199 + 321 = 1. 583 , 5 "'" 1. 584 1 b
La mayor carga se encuentra en las columnas B y D.
La columna B, lleva además un calzo en un perfil W8 x 35#
de 3,833 piés de longitud y el cual tiene un peso de:
P = 3,833 x 35 #/p = 134,2 lb
Este valor se le adiciona el peso que soporta la columna B.
Peso total = 1.950 lb + 134,2 = 2.084,2 2.085 lb.
Para que las columnas trabajen como tal, deberán estar dis
puestas una frente de la otra como se muestra en la fi9ura16
·'t--·4 f f -t I
t· 11~ES" AL\ORA I -+ I I +- ± * ± $ fIGURA 17. Mesa alimentado ra disposición col umnas.
64
-
Se prueba con una columna W8 x 35# y la de mayor a 1 tu ra
(l = 8,594 p) con una carga escéntrica P = 2.085 lb
~ ij~ A = 10,3 pg
1 = 126 pg
_L4" 4! p=-ry= 2,03 pg
'1
,
,
,. "-1
I
FIGURA 18 Características de columnas en mesa alimentadora.
4.16. CHEQUEO A COMPRESION
El esfuerzo de trabajo a compresión de la columna (fW) para
una carga excéntrica se calcula con la siguiente fórmula.
P Pec fw = --- + donde: A 1
P = Carga excéntrica lb
A = Area transversal de la columna, pg
e = Excentricidad de la carga, pg
C = Distancia del eje a la fibra más alejada, pg
65
-
1 = Momento de inercia, pg 4
fw = 2.Q85 lb =2.085 lb x 4pg x 4 pg 10,3 pg2 126 pg4
fw = 467,2 lb/ pg 2
Ahora se halla el esfuerzo admisible de compresi6n de la co
lumna fado con la siguiente fórmula:
fa d = 17. O O O = O, 485 'Pf-~ 2 don de:
le = Longitud no soportada de la columna, pg •
r = El radio de giro menor, de la sección de la columna =
ryy = 2,03 pg
le = KL
K = 2 para condiciones de extremos así:
Un extremo empotrado y el otro libre.
L = Longitud de columna = 103 pg
le = 2 x 103 pg
1 e = 206 pg
le = 206 r = 101,5 2,03
66
-
KL < 120 101,5 < 120 - r
fad = 17.000 - 0,485 (101,5}2
fad = 12.003,4 lb/ pg 2 +
fad > fw ; 12.003,4 > 467,2
4.17. CHEQUEO POR CARGA
La carga admisible (pad) por una columna es:
Pad = fad x A
pad = 12.003,4 lb/ pg 2
Pad = 123.635 lb
x 10,3 pg2
Pad P; 123.635 lb 2.085 lb
Debido a que la mesa será alimentada por un cargador, ésta
debe ser protegida de éste, por los posibles golpes; por lo
tanto se usarán como columnas, vigas w8 x 35# las cuales
son relativamente fuertes para este caso.
67
-
5. CALCULOS PARA EL CONDUCTOR ELEVADOR
5.1. ESPECIFICACIONES TECNICAS
Conductor de arrastre con dos hileras de cadenas de rodillo
soportadas tanto en la línea de carga como en la de retorno
Velocidad del conductor: 110 p/mto •
Distancia entre centros: 74 p; así 14 p horizontales y 60 p
inclinados a 60°
Hueco del piñón: cuatro (4 11 ) pg aproximadamente.
Diámetro del piñón: 30 11 aproximadamente
Material a transportar: bagazo (/= 8,0 lb/p3 = peso especí
fico)
Peso del material por pié del conductor = 22 lb = M
Tamaño de la tablilla: 8 11 altura x 56 11 long x 1 11 espesor
Peso de la tablilla: 8 x 56 X 111
12
Espaciamiento de la tablilla: 24 pg
x = 19,8!"'" 20 lb
Condiciones de operación: choques de carga moderados e infre
cuentes. expuesto a la intemperie, muy pulvurulento, abrasi
68
-
va medianamente corrosivo y temperaturas razonablemente al
tas.
Horas de operaci6n por dfa: 10 horas.
5.2. SELECCION DE UNA CADENA DE PRUEBA PARA EL CONDUCTOR
ELEVADOR
Bajo las mismas condiciones de la mesa o sea tablillas cada
24" pg se usa cadena de 6pg de peso con aditamento cada dos
pies para co10caci6n de la tablilla.
Escogemos el tipo de cadena mejor deseada para esta aplica
ci6n (en el anexo 2 ).
Para un conductor con cadena de rodillos y material llevado
(o deslizado) que es 10 recomendado para nuestro caso y para
carga moderada o pesada se debe usar una cadena SS o LXS de
rodillos con buje.
Nos referimos a las listas para este tipo de cad3na, enuncia
das en el catálogo 1050 del anexo 7 (pg/IS); las cadenas mas
tradas en las ilustraciones marcadas con los tipos 2 y 4
nos sirven, pués los rodillos tienen un diámetro mayor que
la altura de las barras del eslab6n, escogemos una cadena
de estos tipos con seis {6} pulgadas de peso, siempre y cuan
do, tenga la resistencia apropiada.
- - -- - ---
lJ"i~~idtffi ~utonomo el-? (kri~~
69 0..,,1'0 R'b"~n
-
Tentattvamente, seleccionadas una de estas con más caja re
sistencia de este grupo que puede ser la cadena SS2130 y en
los anexo 3y4 vemos que el aditamento es el señalado con el
# A42, útil para conductores de tablillas de arrastre.
5.3. CALCULO DE LA TENSION MAXIMA EN LA CADENA Y LA POTEN
CIA REQUERIDA
En el aenxo 5, seleccionamos el croquis K (layout) que re
presenta el arreglo de nuestro conductor, basados en los
siguientes datos:
Conductor de tablillas de arrastre, cadena de rodillos, ma
terial deslizante, posición horizontal e inclinado.
Con las fórmulas dadas para este arreglo en los anexos 7ya
procedemos a hacer el cálculo.
=--I?¿ SK H 33.000
H = Potencia requerida (h.p)
P = Tensión máxima de la cadena en el eje de cabeza en li J.
b ras.
s = Velocidad del conductor 110 p/mto Pl=Pe -~
P2
= 2,2 Ps.
P = Tensión de la cadena en el eje de cola para compensarla 2
70
-
w
el~ ~u ~(rr,\
-
con el tensor libras.
P3, P4 ••••• P8 = Tensi6n de la cadena en los puntos indica dos en el bosquejo (libras).
P3 = N cuando R --y- es menor que C
N = tracci6n necesaria para mantener la cadena tensa, libra
e = Ad -D-
A = Factor de tabla 2, para hueco del rodillo de acero tala
drado y rodillos engrasados = 0,25
d = Diámetro del pasador sobre el cual gira el rodillo, pul
gadas = 3/4"
D = Diámetro del rodillo de la cadena, pulgadas, 2 3/ 411 +
C _ 0,25 x 0,75 2,75
0,06818 Y + = 42,5' = 30. 1,42 f-- > C, por lo tanto; P3 = N + W. (R - CY)
N = = wz
W = Peso de la cadena + peso de las tablillas + peso del ba
gaza por pie de conductor, y por línea.
72
-
En el anexo 7, encontramos que una cadena SS 213Q pesa 11,8
1b/p la longitud de la cadena a cqda lado del conductor es:
L =~ x D + 2 (14 + 60) = ~x 30 + 2 x 74 = 155,85 p ..... 156 p 12
Ya que las tablillas van colocadas c/2 pies, la cantidad de
estos son: 156 2 = 78
Las tablillas por pie de conductor son:
78 = 0,5 tablilla/ pié de conductor 156
W = 11,8 + 0,5 x 20 + 22 =44 lb/p de conductor
U = Distancia horizontal no soportada = ° (la cadena está completamente soportada)
Z = Catenaria o flecha de la cadena = ° por lo tanto N= O=~
4 = N cuando R -y- >C por lo tanto P4 = ° p
Ps = P4 + LCW
Ps = 14 x 0,06818 x 44 = 42 lb
P6 = 1,2 P = 1,2 x 42 = 50,4 1 b
P7 = P6 + L (CW + FM + h G)
F = Factor de tabla5 = 0,45
t~ = Peso del material por pié de conductor, 1 b
M = 36,7 T S
73
-
T = t/h = 63
s = Velocidad en p/mto = 110 M = 36,7 x 63 = 110
comprobada.
h = Altura del material deslizante 8,75 pg
h 2 = 8,75 2 = 76,56
G = Factor de la tabla 5 = 0,006
21 lb/p, queda
p. = 50,4 + 14 (0,06818 x 44 + 0,45 x 21 + 76,56 x 0,006) = 7 = 231,13 lb
Pe = 231,13 + 30 (0,06818 X 44 + 0,45 x 21 + 76,56 x 0,006) + 42,5
(44 + 22)
Pa = 3.423,4 lb
~ = 2,2 Ps = 2,2 x 42 lb = 92,4 lb
= P e - P 3 pero P3 = O P 1 = Pe =
H = 3.423,4 x 110 x 1,15 = 13,12 H.P. 33.000
3.423,4 lb
5.4. NUMERO DE DIENTES DE LOS PI~ONES PARA LA CADENA DEL
CONDUCTOR
En el catálogo según anexo 8, para la SS 2130 los piñones
de acero fundido, (cadena de prueba) están anotadas en la
lista 240, grupo B, (ver anexo 9).
Un piñón con un diámetro más cercano a 30 P9, es uno de 16
dientes y 30,75 P9 de diámetro primitivo; tiene una capaci
74
-
dad de nueco hasta 4 7/16" Y sólo ne.cesitamos 4" cuando se
haga el cálculo del eje se chequeará, haber si este piñón
con ese hueco sirve.
5.5. SERVICIO Y FACTORES DE CORRECCION
Los factores de servicio y corrección, son los mismos que
los hallados para el conductor de la mesa alimentadora en
1 a p á g 3 fj el fa c t o r fin a 1 = 1, 2 x 1 xl, 4 xl, 2 x O, 8 O 8 = 1,63
5.6. TENSION DE LA CADENA EQUIVALENTE
La tensión de una cadena equivalente, es usada para selec
cionar una de suficiente capacidad que satisfaga las condi
ciones de operación dadas.
Tensión equivalente = factor final x tensión de la cadena
requerida.
Tensión equivalente = 1,63 x P.l = 1,63 x 3423,4 lb = 5.580 lb
Pero como usamos cadena a ambos lados del conductor, la ten
sión de la cadena en cada lado será:
Ten s ión e q u i val en t e en cad a 1 a do - 52580 = 2.790 1 b
75
-
5.7. CHEQUEO DE LA SELECCION DE LA CADENA
La tensión permisible de la cadena SS 2130 es 59QO 10, no
es la de menor tensión permisible en este tipo, pero la de
jamas para standarizar la cadena en el equipo.
5.8. LONGITUD DE LA CADENA Y DISTANCIA ENTRE CENTROS
Aplicando las mismas fórmulas de la pago
Longitud de la cadena en pasos = N = T +~fp
T = Número de dientes por piñón = 16
C = Distancia entre centros aproximadamente,
C = (14 + 60) x 12= 888 pg
P = Paso de 1 a cadena en pg = 6
N = 16 + 2 x 888 = 312 pasos 6
en pulgadas
Distancia entre centros = N - T 2 x P =
312 - 16 2 x 6 = 888 pg
= 74 P que es la distancia anotada inicialmente.
La catenaria de la cadena está absorvida por la platina de
desgaste que soporta las cadenas, arriba y abajo.
76
-
5.9. LUBRICACION
De acuerdo a las recomendaciones de Link Belt esta será
por goteo
5.10 RESUMEN
La cadena seleccionada es la SS 2130 de Link-Belt con seis
pulgadas de peso, una tensión permisible de 5.900 lb , una
resistencia última de 38.000 lb promedio (ver anexo 7) y
trabajará con piñones (sprockets) de 16 dientes de acero
fundido.
5.11. SELECCION DE LA TRANSMISr6N
Lo mismo que para la mesa alimentadora, vamos a usar cadena
de presición de rodillos standar de acero (standar Roller
chain) los cuales trabajan con piñones frasados. Es el tipo
de transmisicón más usado.
Estas cadenas sirven para baja o alta velocidad y manejan
cargas ligeras o extra pesadas con igual eficiencia y movi
dad, con este tipo de transmisión podemos bajar la veloci
dad que nos entrega el reductor a los RPM necesarios en el
eje de cabeza del conductor.
77
-
Teniendo la velocidad Lineal (YL) del conductor y el diáme
tro del ptft6n, hallamos los RPM
VL =11 DN
D = Diámetro del pift6n (pies)
n = N de revoluciones (RPM)
110 pies mto
N = 110 pi~s mto x 11
= 30,75" 12 11
x n
X __ 1~2---Lp .... S,--pie x 30,75 pg
= 13,7 RPM
Que es la velocidad tangencial del piñón del conductor en el
eje de cabeza.
Según la disposición del conductor, la fuente de potencia
del conductor elevador, se colocará sobre una estructura adi
cional sobre la cabeza de este, por lo tanto se tiene el es
pacio suficiente para colocar motor y reductor de ejes para
lelos y engranajes rectos.
De la tabla 3 del anexo 28, se puede escoger un reductor con
velocidad de salida entre 25 y 37 RPM que cubren entre uno y
25 Hp (1 Hp 25) rango entre el cual debe estar el desea
do, tomamos una velocidad tentativa que puede ser 30 RPM Y
se procede a seleccionar los piñones y la cadena de prueba
con los siguientes datos:
78
-
5.12 DATOS
Fuente de Potencia: Motor el~ctrico a 1,750 RPM
Caballaje a ser transmitido 13,12 HP
Tama~o del eje motriz:
Velocidad del eje motriz: 30 RPM
Equipo a manejar: conductor de arrastre con carga uniforme.
Tama~o del eje de cabeza: 4" aproximadamente de acuerdo a
los pi~ones seleccionados.
Velocidad del eje de cabeza: 13,7 RPM.
Distancia entre centros aproximadamente:
Posición relativa de los ejes
No hay limitación de espacio
Procedemos a hallar el factor de servicio de la tabla 1 se
gún anexo 11, basados en el tipo de fuente de potencia y el
tipo de equipo a manejar anotados arriba y obtenemos un va
lorde1,0.
° sea que el caballaje equivalente sigue siendo 13,12 HP. Con este caballaje y la velocidad del pi~ón más peque~o
(30 RPM) que es el que vá en el eje del reductor; seleccio
namos una cadena sencilla de rodillos standar, como cadena
de prueba del catálogo C del anexo 12.
79
Uni'llf'Siftd 'utlnom. .. (k~~ ~efto 81~hotK. "~~.
-
Asf obtenemos una cadena RC 180 de 2 1/4" de paso.
Nos referimos a la tabla de relación de caballaje para esta
cadena (ver anexo 19) para determinar el número de dientes
del piñón motriz.
Como no está tabulado pa ra 30 RP~1, entonces interpolamos en
tre 25 y 50 RPM, pa ra un piñón de 13 dientes.
RPM H.P Diferencia 25 -+ 10,1
5 X-+ X = 2,02
o sea que transmitirfa 11,6 + 2,02 = 13,62 Hp valor muy pró
simo al deseado.
Cuando seleccionemos el reductor, chequearemos si el hueco
del piñón (4 1/ 4 11 max ver anexo 29 pág'3~ sirve para el eje
motriz, hallaremos la relación y el número de dientes de la
catalina ó piñón conducido y se calculará la distancia exac
ta entre centros de piñones.
5. 13 SELECCION DEL MOTOR Y REDUCTOR
5.13.1 Datos
Equipo a mover: Conductor de arrastre con carga uniforme.
Velocidad el eje de cabeza: 13,7 RPM
Horas de operación por dfa : 10
Caballaje transmitido: 13,12 Hp
80
-
Cargas de arranque difíciles que e~igen hasta tres veces el
esfuerzo torsional de la plena velocidad de carga (ver ane
xo 14 págI2