Cálculos de diseño de transportadores de tornillo sinfín paso a paso
Diseño de alimentadores de tornillo (capacidad, tamaño)
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| Resumen de la página |
|---|
| 1. Métodos de diseño de transportadores de tornillo sinfín |
| 2. Procedimiento de diseño de un transportador de tornillo sinfín |
| 3. Herramienta de cálculo de tamaño y capacidad de transportador de tornillo sinfín |
1. Diseño de transportadores de tornillo sinfín: métodos
¿Cómo dimensionar un alimentador de tornillo?
Los transportadores de tornillo sinfín están entre los equipos más extendidos para el transporte y dosificación de sólidos a granel. Por ello, en muchos proyectos es necesario calcular el tamaño de un transportador de tornillo sinfín para alcanzar una capacidad requerida. También puede ser necesario verificar la capacidad de un tornillo existente en caso de que el material manejado cambie o aumente la capacidad requerida. Existen pocas fórmulas en la literatura, las cuales se presentan en esta breve Guía de Ingeniería.
Advertencia: Debe tenerse en cuenta que estas fórmulas pretenden dar una idea del tamaño del transportador de tornillo sinfín (es decir, su diámetro) y la velocidad a la que operará, basándose en ciertas suposiciones y decisiones de diseño (elección del paso del tornillo, inclinación). Las fórmulas también pueden usarse para verificar de manera aproximada la capacidad de un alimentador de tornillo existente. No están destinadas para un diseño detallado, tarea que siempre debe encomendarse a una empresa especializada (por ejemplo, adherida a la asociación CEMA en EE.UU. o SHAPA en el Reino Unido).
Esta página considera que el material no es aglomerante. Es importante, especialmente al usar el tornillo en industrias como la minería o el hormigón, donde deben tomarse precauciones especiales no detalladas aquí.
A continuación se muestra un diseño típico de transportador de tornillo sinfín:
Figura 1: Dibujo esquemático del transportador de tornillo sinfín y componentes clave
2. Procedimiento de diseño de un transportador de tornillo sinfín
¿Cómo calcular el tamaño y la capacidad de un alimentador de tornillo?
Datos conocidos: capacidad requerida del transportador de tornillo sinfín, material
Incógnitas: tamaño y características del tornillo
2.1 Fórmula general
La capacidad de un transportador de tornillo sinfín con hélice estándar puede estimarse de la siguiente manera:
Donde:
Q = capacidad del tornillo en kg/h
D = diámetro del tornillo en m
S = paso del tornillo en m
N = velocidad del tornillo en rpm
α = relación de carga
ρ = densidad aparente del material en kg/m³
C = factor de corrección por inclinación
Paso 1: definir los requisitos
- Definir la capacidad requerida para el transportador de tornillo sinfín. El diseño del tornillo debe alcanzar una capacidad igual o mayor que este valor.
Ejemplo: el requisito para un tornillo que transporta azúcar es de 3500 kg/h.
Paso 2: calcular la capacidad del transportador de tornillo sinfín
- Asumir un diámetro D
- Definir el paso del tornillo (depende de las características del producto a transportar, entre otros parámetros) según el diámetro del tornillo.
| Paso | Longitud del paso S |
| Estándar | S = D |
| Corto | S = 2/3·D |
| Medio | S = D/2 |
| Largo | S = 1.5·D |
- Estimar la relación de carga α del tornillo según las propiedades de flujo del sólido a transportar
| Material | Relación de carga mínima | Relación de carga máxima |
| Flujo no libre | 0.12 | 0.15 |
| Fluidez media | 0.25 | 0.30 |
| Flujo libre | 0.4 | 0.45 |
Nota: estos son solo órdenes de magnitud. Los valores pueden ser más altos o más bajos; en algunos casos, la relación de carga puede alcanzar incluso el 95%.
- Para el diseño de transportadores de tornillo sinfín inclinados: definir si el transportador es horizontal (lo cual siempre es preferible) o debe estar inclinado. Determinar el factor de corrección correspondiente.
| Inclinación en ° | Factor de corrección C |
| 0 | 1 |
| 5 | 0.9 |
| 10 | 0.8 |
| 15 | 0.7 |
| 20 | 0.65 |
- Ajuste la velocidad del tornillo sinfín para que la capacidad del transportador sea mayor que el requerimiento.
Ejemplo:
- El diámetro asumido es de 0.1 m
- No hay una aplicación específica para el tornillo, se elige un paso estándar, S = 0.1 m
- El azúcar es de flujo libre, se selecciona un factor de carga de 0.45
- El tornillo está instalado sin inclinación, C = 1
- La densidad del azúcar es de 800 kg/m³
El cálculo arroja 17 kg/h para 1 rpm. Ajustando la velocidad, se requieren 207 rpm para alcanzar una capacidad de 3500 kg/h.
Paso 3: comparar la capacidad calculada con la velocidad máxima del tornillo
Algunas velocidades máximas de referencia para tornillos sinfín se indican en la tabla siguiente:
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2. Velocidad de mezcla
3. Optimización del tiempo de ciclo del mezclador
4. Comparación entre mezcla por lote y continua
5. Ahorro de energía
| Diámetro del tornillo en m | 15% | 30%A | 30%B | 45% |
| 0.1 | 69 | 139 |
69 |
190 |
| 0.15 | 66 | 132 |
66 |
182 |
| 0.23 | 62 | 122 |
62 |
170 |
| 0.25 | 60 | 118 |
60 |
165 |
| 0.30 | 58 | 111 |
58 |
157 |
| 0.36 | 56 | 104 |
56 |
148 |
| 0.41 | 53 | 97 |
53 |
140 |
| 0.46 | 50 | 90 |
50 |
131 |
| 0.51 | 47 | 82 |
47 |
122 |
| 0.61 | 42 | 68 |
42 |
105 |
Si la velocidad calculada en el paso 2 es < que la velocidad máxima para el diámetro de tornillo seleccionado, el diseño puede mantenerse.
Si la velocidad calculada en el paso 2 es > que la velocidad máxima para el diámetro de tornillo seleccionado, el diseño no es adecuado y el cálculo debe repetirse modificando un parámetro, típicamente el diámetro.
Téngase en cuenta que al manipular polvos susceptibles de generar una explosión de polvo, la velocidad máxima debe garantizar que la velocidad lineal en la punta del tornillo sea < 1 m/s.
Ejemplo:
- El diámetro seleccionado fue de 0.1 m, para el cual la velocidad máxima recomendada del tornillo (a 45% de carga) es de 190 rpm
- La velocidad calculada es demasiado alta; debe repetirse el cálculo modificando un parámetro. Se puede seleccionar un diámetro mayor, D = 0.15 m
- El cálculo se repite y esta vez se obtiene una velocidad de 62 rpm. Al ser menor que la velocidad máxima recomendada, el diseño del tornillo puede seleccionarse.
2.2 Fórmula alternativa proporcionada por CEMA
La asociación CEMA define la capacidad de un transportador de tornillo sinfín como:
C = 0.7854*(Dt²-Dv)2").P.K.60/1728
Con:
C = capacidad en pies3/h/rpm
Ds = Diámetro de la hélice del tornillo sinfín en pulgadas
Dp = Diámetro del tubo/eje que soporta la hélice del tornillo sinfín, en pulgadas
P = paso del tornillo sinfín en pulgadas
K = porcentaje de llenado de la artesa
Es la capacidad por 1 rpm. Si las dimensiones son conocidas, en el caso de un tornillo sinfín existente, la capacidad del tornillo (pies³/h) puede calcularse multiplicando por las rpm a las que opera el tornillo.
La fórmula proporciona resultados similares a la mencionada anteriormente.
3. Herramienta de cálculo de tamaño y capacidad de transportadores de tornillo sinfín
Puede encontrar una herramienta de cálculo aquí aplicando la fórmula proporcionada en esta página. Utilice esta herramienta únicamente para obtener una estimación aproximada del tamaño del tornillo sinfín, no realice diseños detallados con este archivo de Excel.
