Diseño de alimentador de tornillo para medir materiales a granel

20 de febrero de 2018

Los alimentadores de tornillo se utilizan en miles de aplicaciones de manejo de materiales y están diseñados para medir materiales a granel a una velocidad de alimentación controlada. Un transportador de tornillo estándar normalmente es alimentado por otro transportador y la cantidad de material que se descarga es directamente proporcional a la cantidad que se introduce en la entrada. Por el contrario, la entrada de un alimentador de tornillo siempre está cargada al 100 % o por inundación y, por lo general, se monta directamente en un dispositivo de almacenamiento, como una tolva, un contenedor o un silo. La cantidad de material descargado por un alimentador de tornillo está completamente controlada por parámetros de diseño.

Una tolva suele tener forma cuadrada o rectangular con fondo inclinado y capacidad de almacenamiento limitada. Un contenedor es muy similar a una tolva pero con mayor capacidad de almacenamiento. Un silo es de forma cilíndrica con fondo cónico o de flujo másico y gran capacidad de almacenamiento.

Dado que la entrada del alimentador de tornillo está cargada por inundación, la tasa de alimentación o descarga deseada influye directamente en el diseño del tornillo. La tasa de descarga de un alimentador de tornillo se puede determinar con precisión mediante el control de velocidad y el diseño de paso del tornillo. El uso de unidades de velocidad variable mejora la precisión de la medición y puede proporcionar una amplia gama de tasas de alimentación. El control de paso también es una consideración importante en el diseño del alimentador de tornillo.

Diseño básico del alimentador de tornillo Un tornillo está diseñado para mover materiales a granel de un vuelo al siguiente durante cada revolución. Por lo tanto, si el tornillo está cargado al 100 por ciento y la capacidad es la misma para cada vuelo, solo se puede introducir material nuevo en el primer vuelo debajo del dispositivo de almacenamiento, opuesto a la descarga. En consecuencia, no se recomienda diseñar alimentadores de tornillo con un diámetro exterior uniforme y un paso constante porque los materiales a granel llenarán primero el tornillo desde la parte trasera de la abertura de entrada, creando agujeros de rata, material estancado y posibles puentes de materiales a granel sobre el alimentador de tornillo. La Figura 1 muestra el diseño inadecuado de un alimentador de tornillo con diámetro exterior uniforme y paso constante. Para extraer materiales a granel uniformemente a lo largo de toda la longitud de la entrada, cada tramo debe aumentar en volumen disponible a medida que el tornillo avanza hacia la descarga del alimentador de tornillo. Un sistema eficaz y eficiente requiere paso variable, diámetro exterior cónico (OD) o diseño de tornillo de flujo másico. La figura 2 muestra un alimentador de tornillo correctamente diseñado.

Tipos de alimentadores de tornilloHay tres tipos básicos de alimentadores de tornillo:

Paso variable o escalonado El paso del tornillo varía de más corto a más largo a medida que el tornillo avanza hacia la descarga del alimentador de tornillo. Con paso variable, cada paso aumenta en longitud en la sección de entrada creando más volumen disponible para la adición de materiales a granel desde la tolva. Con cabeceo escalonado, el cabeceo de vuelo cambia en incrementos. Vea la Figura 3. Por ejemplo, un alimentador de tornillo de paso escalonado puede tener 2 pies de paso de 1/3, luego 2 pies de paso de 2/3 en la sección de entrada.

Diámetro exterior cónico El diámetro exterior del tornillo se estrecha desde la parte trasera de la abertura de entrada hasta la cubierta, lo que crea más volumen disponible para la adición de materiales a granel desde la tolva. Consulte la figura 4.

Flujo másicoEl diseño de flujo másico fue desarrollado por Jenike & Johanson y es una combinación de paso variable y diámetro interior cónico. Un cono cónico está ubicado en el tubo central del tornillo desde la parte trasera de la abertura de entrada hasta aproximadamente el centro de la abertura de entrada. Los tramos de paso corto están montados en el cono creando un volumen disponible para la adición de materiales a granel desde la tolva. Luego se agrega paso variable al tornillo comenzando donde termina el cono y continuando hasta la descarga. Consulte la figura 5.

Los alimentadores de tornillo están disponibles en una variedad de tamaños, longitudes, configuraciones y materiales de construcción. La mayoría de los alimentadores de tornillo tienen menos de 20 pies de largo porque no se recomienda el uso de cojinetes colgantes internos. Los alimentadores de tornillo pueden estar compuestos por uno, dos o prácticamente cualquier número de tornillos. Un alimentador de tornillo con múltiples tornillos se considera un alimentador de tornillo de fondo vivo. La figura 6 muestra un alimentador de fondo vivo de doble tornillo.

Un alimentador de tornillo típico se compone de los siguientes componentes que se muestran en la Figura 7:

a. Tornillob. comederoc. Descargado. sudario. A través de extremosf. unidad de unidad entrada CubrirCubierta del alimentador Los alimentadores de tornillo deben estar equipados con una cubierta para al menos dos pasos más allá de la abertura de entrada para evitar que el material a granel se inunde más allá de la entrada. La cubierta es una cubierta curva que convierte un canal en U estándar en una carcasa tubular para evitar que los materiales a granel se inunden más allá del tornillo. Se pueden utilizar cubiertas extendidas, carcasas tubulares o paletas de paso corto para un control preciso de la tasa de alimentación cuando se miden materiales a granel de flujo muy libre.

Capacidad y velocidad del alimentador de tornillo El paso del último tramo de tornillo que entra en la cubierta determina la velocidad de avance del alimentador de tornillo y se denomina paso de control. El tono de control es típicamente menor que el tono completo. La capacidad del paso de control se calcula en pies cúbicos/hora por RPM. La velocidad del alimentador de tornillo se puede determinar dividiendo la capacidad máxima del alimentador de tornillo en pies cúbicos/h por la capacidad del paso de control en pies cúbicos/h por RPM. La mayoría de las velocidades del alimentador de tornillo son más bajas que las velocidades estándar del transportador de tornillo. Por ejemplo, en aplicaciones industriales pesadas, los alimentadores de tornillo normalmente funcionan a velocidades inferiores a 20 RPM. Se genera más torque a velocidades de funcionamiento más bajas, lo que garantiza que el alimentador de tornillo no se detenga en el arranque.

Requisitos de potencia del alimentador de tornillo Los requisitos de potencia y torsión para un alimentador de tornillo son mucho más altos que los de un transportador de tornillo comparable. Un alimentador de tornillo debe comenzar con una entrada cargada por inundación y el peso de carga principal del material a granel en la sección de entrada. Los materiales a granel también tienden a compactarse cuando se encuentran bajo presión en una tolva, tolva o silo. A medida que aumenta la densidad del material a granel, también lo hacen los requisitos de potencia y torsión. La potencia y el par de arranque pueden ser fácilmente 2½ veces superiores a las condiciones normales de funcionamiento. Se recomienda consultar con un fabricante que sea miembro de la Asociación de Fabricantes de Equipos Transportadores (CEMA) para el diseño adecuado del alimentador de tornillo.

Factores a considerarSe deben considerar varios factores al diseñar un alimentador de tornillo, que incluyen:

1. Características de flujo del material a granel que se almacena y mide2. Densidad del material a granel tanto en estado almacenado como medido3. Velocidad de alimentación máxima y mínima del proceso4. Tamaño de material a granel con análisis de pantalla5. Ancho y largo de la abertura de entrada del alimentador de tornillo6. Longitud total del alimentador de tornillo7. Altura del material a granel en tolva, tolva o silo

Otros tipos de alimentadores de tornillo

Transportador/alimentador de tornillo de diámetro múltipleLos transportadores/alimentador de tornillo de diámetro múltiple constan de un alimentador de tornillo con un transportador de extensión. Un alimentador de tornillo de diámetro más pequeño está ubicado debajo de una tolva, contenedor o silo y está cargado por inundación. El alimentador de tornillo dosifica el material a granel al transportador de extensión de mayor diámetro. Cuando el material a granel llega al transportador de extensión, la carga del canal disminuye y el material a granel se transporta a la descarga. Se permiten cojinetes colgantes en el transportador de extensión siempre que la carga del canal sea inferior al 45 por ciento. La figura 8 muestra un alimentador/transportador típico.

Alimentador de tornillo inferior vivoLos alimentadores de tornillo inferior vivo están diseñados para usarse en grandes silos, contenedores y tolvas con grandes aberturas de descarga. El alimentador de tornillo de fondo vivo utiliza múltiples tornillos de alimentación en tándem para crear un "fondo vivo" para evitar la formación de puentes. Los materiales a granel se miden y extraen por igual de todo el ancho y largo de la abertura de entrada. Los alimentadores de tornillo de fondo vivo se utilizan en materiales a granel que tienden a acumularse o formar puentes con facilidad. La figura 9 muestra un alimentador de fondo vivo de cuatro tornillos.

Alimentadores de tornillo inclinadoLos alimentadores de tornillo inclinado dosifican y elevan materiales a granel de tolvas, contenedores o silos, y realizan la misma función que los alimentadores de tornillo horizontales. Sin embargo, se requiere especial cuidado al diseñar alimentadores de tornillo inclinados. La figura 10 muestra alimentadores de tornillo inclinados típicos. El conocimiento de las características de flujo de los materiales a granel es extremadamente importante para el diseño exitoso del alimentador de tornillo inclinado. El ángulo de reposo y la fluidez de un material a granel determinarán el diseño del alimentador de tornillo y el ángulo máximo de inclinación. Se requieren pruebas de materiales a granel para todos los alimentadores de tornillo inclinado antes de que se pueda establecer un diseño adecuado. La mayoría de los fabricantes de transportadores de tornillo certificados por CEMA tienen instalaciones de prueba para materiales a granel y pueden probar su material a granel antes de determinar el diseño adecuado del alimentador de tornillo inclinado.

Los alimentadores de tornillo son parte integral de la mayoría de las operaciones de manejo de materiales a granel. El diseño adecuado del alimentador de tornillo garantiza un procesamiento exitoso de materiales a granel.

Bill Mecke, PE, es presidente y propietario de KWS Manufacturing Company, Ltd, uno de los mayores fabricantes de transportadores de tornillo sinfín de EE. UU. Tiene más de 25 años de experiencia en el manejo de materiales a granel. Para obtener más información, visite www.kwsmfg.com.

Más información sobre formatos de texto

Consulte el directorio del maestro de la industria de polvos y sólidos a granel.