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 aerolinea.
Determinar Velocidad del Transportador.
Como datos iníciales tenemos que 50 maletas x Banda x 10 min
Determinar Capacidad de Carga
Capacidad =
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 friccion es de 0.4
Para determinar la potencia del motor necesaria se utiliza la siguiente ecuacion:
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:
Calculo del Motorreductor
La relación de reducción necesaria la obtenemos respecto a la Figura 1.11.
Diámetro de la Catarina
Relación de Transmisión
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 ).
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:
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):
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.
Para el diseño de este engrane se considera como factor de seguridad “n” un valor de 2.
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
Calculo para el plano xz
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)
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