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Transportadores de tornillo: una visión general

Alimentador de tornillo - Transportadores de tornillo sinfín

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Resumen de la página
1. Definición de un alimentador de tornillo
2. Posición en el proceso
3. Consideraciones importantes para el diseño
4. Diseño de la hélice del tornillo
5. Dosificación
6. Problemas comunes con los transportadores de tornillo
7. Fabricantes de transportadores de tornillo

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Esta visión general de ingeniería le proporciona en una sola página todo lo que necesita saber sobre el diseño y operación de transportadores de tornillo. ¿Busca una guía de cálculo? Consulte nuestra página de Cálculo y diseño de transportadores de tornillo.

1. Definición de un transportador de tornillo

¿Qué es un alimentador de tornillo?

Un transportador de tornillo está compuesto por una carcasa, típicamente un tubo o un canal en U, dentro del cual gira una hélice o sinfín (hoja en forma helicoidal) que permite mover mecánicamente materiales a granel. El tornillo puede ser sin eje o tener un eje al que se suelda la hoja helicoidal.

Los transportadores de tornillo son equipos muy utilizados en la industria de procesamiento de sólidos para mover y/o dosificar productos. Su principio permite una operación simple y robusta, aunque el diseño debe estar bien detallado para evitar problemas que puedan causar daños al producto y al equipo (generación de cuerpos extraños). Los alimentadores de tornillo se utilizan con productos que causan baja o media abrasión, pero deben evitarse con productos que generen altos niveles de abrasión, ya que el tornillo, al girar en el producto, es muy sensible a este fenómeno.

Un tornillo acoplado directamente a una tolva aguas arriba suele denominarse en la literatura como *alimentador de tornillo*, mientras que el equipo por sí solo se conoce como *transportador de tornillo*. En ocasiones, el transportador de tornillo también recibe la denominación de *tornillo sinfín*.

A continuación se muestra un diseño típico de transportador de tornillo:

Figura 1: Dibujo esquemático del principio del transportador de tornillo y componentes clave

¿Busca otros equipos de dosificación/alimentadores? Consulte estas otras páginas: VÁLVULAS ROTATIVAS DE CIERRE TUBOS VIBRANTES. Por PowderProcess.net

2. Función en el proceso

¿Para qué se utilizan los tornillos sinfín?

Los transportadores de tornillo suelen colocarse debajo de tolvas, donde transportan horizontalmente el producto hacia otra operación del proceso. Cuando el transporte incluye también un pesaje, el alimentador de tornillo se utiliza como equipo de dosificación.

Los transportadores de tornillo también pueden introducir sólidos en un sistema de transporte neumático. En la mayoría de los casos, se utilizan en transporte por vacío, ya que no hay problemas de presión, pero algunos diseños también permiten alimentar el producto hacia una línea de transporte a presión. Para este propósito, el diseño de la hélice debe permitir una compresión del sólido de manera que el tapón formado evite que el aire presurizado de la línea de transporte retroceda a través del tornillo. Esto no es aplicable a todos los productos; por lo tanto, para transporte a presión, válvulas rotativas de cierre suelen preferirse a los transportadores de tornillo para introducir el producto.

Los alimentadores de tornillo se encuentran en cualquier industria que maneje materiales a granel, para transportar y/o dosificar sólidos a granel:

• Procesamiento de alimentos
• Industria farmacéutica
• Granos / Alimentos para animales
• Tratamiento de agua (procesamiento de lodos)
• Productos químicos...

3. Consideraciones importantes

¿Qué es importante al diseñar un transportador de tornillo?

Los transportadores de tornillo industriales pueden ser muy largos (>5 m); sin embargo, este tipo de diseño solo debe usarse con productos no sensibles y cuando no se requiera limpieza. No es posible extraer la hélice de estos tornillos, y aunque existen diseños que permiten acceder al interior (por ejemplo, diseño de canal), la eficiencia de limpieza se reduce y el tiempo de limpieza será prolongado. Además, la longitud del tornillo lo hace propenso a flexiones y posibles contactos metal-metal con la carcasa, lo que podría contaminar el producto con virutas metálicas. Como referencia, una hélice de 4 m puede flexionarse hasta 7-8 mm con respecto al eje recto del eje; si no se toman las precauciones adecuadas para permitir dicha flexión, puede ocurrir contacto metal-metal.

La deflexión de un tornillo soportado en ambos extremos puede calcularse mediante [1]:

δ = (5*W*L^³)/(384*E*I)

Donde:

W: peso total del tornillo
L: longitud entre cojinetes
E: módulo de elasticidad
I: momento de inercia del eje

Para aplicaciones higiénicas, es preferible solicitar las siguientes características:

• Tornillos cortos
• Hélices extraíbles
• 2 cojinetes (aunque existen diseños en voladizo para tornillos muy cortos de 1-1.5 m)
• Operación en posición horizontal
• Velocidad periférica ≤ 1 m/s y sellos de cojinete presurizados (para prevención ATEX )

Los tornillos inclinados son tentadores porque permiten resolver muchos problemas de proceso, especialmente en instalaciones de modernización; sin embargo, debe tenerse especial cuidado, ya que estos tipos de tornillos suelen ser difíciles de acceder y extraer para limpieza, pueden ser más sensibles a flexiones y contactos metal-metal, y no son muy eficientes (la eficiencia disminuye con el ángulo).

Tabla 1: Capacidad del transportador de tornillo en función de su inclinación

Ángulo del tornillo (grados)	Porcentaje de la capacidad máxima (%)
<8	100
20	55
30	30
45	0

Existen diferentes tipos de alimentadores de tornillo que se pueden encontrar en las industrias de proceso:

• Transportadores de tornillo con eje
• Alimentadores de tornillo sin eje "cola de cerdo" (*"Pig tail"*)
• Transportadores de tornillo flexibles
• Transportadores de tornillo en artesa o tubulares
• Tornillo simple o doble (usado especialmente en alimentadores por pérdida de peso)

Los transportadores de tornillo son equipos rotativos, lo que los convierte en un riesgo para los operadores que intenten acceder a la entrada o salida del tornillo. Por esta razón, se debe prestar especial atención a la entrada y a la tubería de descarga. Si están equipados con manguitos flexibles, estos deben poder desmontarse solo con una herramienta, y el operador debe estar capacitado para detener la máquina si es necesario dicho desmontaje. En caso de no ser posible, se puede instalar una cruceta en la tubería para evitar el acceso a la hélice del tornillo, siempre que no obstaculice el flujo del producto. En cualquier caso, el operador de la instalación debe realizar un análisis de riesgos para garantizar que los accesos estén debidamente protegidos.

4. Diseño de transportadores de tornillo

¿Cuáles son las características de una hélice de tornillo (paso, etc.)?

La hélice del tornillo puede adoptar diferentes formas y pasos según la aplicación en la que se utilice.

• Hélice estándar: paso constante = 1 diámetro; adecuado para la mayoría de las aplicaciones

• Hélice de paso corto: usada para tornillos inclinados; también puede emplearse para materiales fáciles de fluidizar

• Hélice de paso progresivo: paso más pequeño al inicio del tornillo; puede usarse en alimentadores bajo tolva para garantizar un flujo constante.

• Hélice de paso decreciente: paso grande al inicio y más corto al final; esto genera compresión. No es un diseño común y puede provocar gran empuje en el tornillo, mayor requerimiento de potencia y posibles daños mecánicos. Si el tornillo está bien diseñado, estas hélices pueden usarse como dispositivos de alimentación hacia sistemas a presión, ya que el polvo comprimido al final actúa como tapón, evitando fugas de gas hacia el tornillo.

• Hélice de cinta (*Ribbon*): usada principalmente para materiales pegajosos

Existen otros diseños con paletas o hélices cortadas cuando se requiere mezclar el material.

En aplicaciones que requieren un alto grado de higiene, el eje debe ser macizo (no hueco) y la hélice debe estar completamente soldada y pulida. Esto evita que el material quede atrapado en zonas inaccesibles y contamine productos posteriores.

El diseño del eje y del motor debe estar bien alineado para que el motor pueda accionar el tornillo desde velocidad cero o bajo sobrecarga, condiciones que requieren el mayor par. A su vez, el eje debe estar dimensionado para soportar dicho par sin romperse al aplicarse.

5. Dosificación

Cuando se usan en aplicaciones de dosificación, el tornillo debe estar equipado con un motor de velocidad variable (VFD) para operar en velocidades gruesa y fina (ver página de dosificación ). Los transportadores de tornillo suelen integrarse en sistemas automáticos de Ganancia de Peso o Pérdida de Peso. Al operar en Pérdida de Peso, el alimentador de tornillo puede funcionar en modo volumétrico o en modo gravimétrico automático.

6. Problemas comunes en transportadores de tornillo

Los transportadores de tornillo suelen ser equipos fiables; sin embargo, ciertos problemas pueden requerir correcciones:

Tabla 2: problemas comunes en transportadores de tornillo

Problema	Causa raíz y acción correctiva
Contacto metal-metal	Daño en rodamientos: reemplazar el rodamiento Holgura incorrecta entre hélice y carcasa: revisar el diseño o cambiar la hélice Cuerpo extraño en el tornillo: revisar la prevención de cuerpos extraños antes del transportador
Daño en rodamientos	El polvo ha entrado en el rodamiento: verificar el sello y el sistema de purga del rodamiento
Rendimiento del tornillo por debajo del diseño	Hélice montada en dirección incorrecta Mala alimentación de polvo al tornillo: verificar el flujo de producto (evitar formación de arcos o *ratholing*)
Transportador de tornillo bloqueado	Verificar si la válvula de salida está abierta Revisar el paso del tornillo: el polvo no debe compactarse
Dosificación inexacta con tornillo	Tamaño demasiado grande: verificar el tamaño del tornillo o adaptar el perfil de la hélice en el extremo

7. Fabricantes de transportadores de tornillo

Muchas empresas ofrecen transportadores de tornillo, pero no todas fabrican equipos realmente seguros y fiables. A continuación, se mencionan algunas referencias (nota: *powderprocess.net* no tiene relación con estas empresas):

• TetraPak *powder handling*
• Stolz

Fuente
[1] *Manejo de Sólidos a Granel* (*Bulk Solids Handling*), Don McGlinchey, Blackwell, página 203