En la pestaña 1.4 se dimensiona el subsistema que ejerce de nexo de unión entre la descarga y el almacenamiento.
Como se indicó cuando se describieron las consideraciones generales que se habían tomado a la hora de diseñar la herramienta, el subsistema de transporte estará compuesto por la tolva o tolvas de recepción y por transportadores de cintas.
La pestaña se divide en 3 apartados, de los cuales el primero está dedicado a la tolva/s de recepción y el segundo y el tercero al sistema de transporte, en este caso cintas transportadoras.
El apartado dedicado a la tolva presenta, de forma somera, el número de tolvas necesarias y las características geométricas principales que estas deben poseer. El motivo de no centrarse en más aspectos de las tolvas, es que son elementos de la operación que requieren mucha dedicación y un estudio pormenorizado de todos sus aspectos, tanto resistencia como de funcionalidad.
La herramienta ofrece los siguientes parámetros: - Número de tolvas necesarias
- Dimensiones mínimas de la boca de entrada
- Ángulo mínimo de las paredes de descarga con respecto a la horizontal - Capacidad necesaria por tolva
El número de tolvas necesarias será igual al número de equipos de descarga existentes. Siempre debe haber mínimo una tolva por equipo de descarga.
Las dimensiones mínimas de la boca de entrada se establecen a partir de las dimensiones de la cuchara abierta. Estos datos de dimensiones se encuentran recogidos en la base de datos del programa o deben ser introducidos por el usuario en el caso de que elija su propia cuchara. La herramienta, conocidas dichas dimensiones añade un margen de un metro a cada uno de los cuatro lados del polígono de cuatro lados formado por la cuchara en su máxima apertura.
Por lo tanto, las dimensiones de la boca de entrada serán:
𝐷1 = 𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑐𝑢𝑐ℎ𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎 + 2 𝐷2 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑐𝑢𝑐ℎ𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎 + 2
89 Manipulación de sólidos a granel en terminales portuarias. Dimensionamiento de instalaciones
Tabla 9-16 Dimensiones de las cucharas para densidades menores de 0,8 t/m3 Modelo Largo máx.(m) Ancho máx. (m)
CM4-3250-0.8 2,64 2,05 CM4-4250-0.8 2,64 2,68 CM4-5500-0.8 3,56 2,26 CM4-7500-0.8 3,56 3,05 CM4-9000-0.8 3,77 2,78 CM4-12000-0.8 3,77 3,52 CM4-14000-0.8 5,18 3,1 CM4-18500-0.8 5,275 3,92 CM4-20000-0.8 5,275 4,25 CM4G-25000-0.8 5,48 3,96 CM4G-26000-0.8 5,32 4,2 CM4G-28500-0.8 5,47 4,2 CM4G-30000-0.8 5,6 4,4 CM4G-35000-0.8 5,8 4,45 CM4G-40000-0.8 5,85 4,6 CM4G-45000-0.8 6 4,8
Tabla 9-17 Dimensiones de las cucharas para densidades menores de 1,1 t/m3 Modelo Largo máx.(m) Ancho máx. (m)
CM4-2500-1.1 2,3 1,95 CM4-3500-1.1 2,64 1,96 CM4-4500-1.1 3,56 2,035 CM4-5500-1.1 3,755 2,135 CM4-7000-1.1 3,77 2,155 CM4-9000-1.1 3,965 2,455 CM4-11000-1.1 4,16 2,705 CM4-14500-1.1 5,095 3,055 CM4-18000-1.1 5,275 3,505 CM4-23000-1.1 5,48 3,65
Herramienta de diseño de terminal de sólidos a granel
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Modelo Largo máx.(m) Ancho máx. (m)
CM4G-23500-1.1 5,12 3,8 CM4G-26000-1.1 5,32 4 CM4G-28000-1.1 5,47 4,2 CM4G-30000-1.1 5,6 4,4 CM4G-35000-1.1 5,8 4,45 CM4G-40000-1.1 5,85 4,6
Tabla 9-18 Dimensiones de las cucharas para densidades menores de 1,8 t/m3 Modelo Largo máx.(m) Ancho máx. (m)
CM4-1600-1.8 2,13 1,66 CM4-2000-1.8 2,32 1,76 CM4-2500-1.8 2,51 1,885 CM4-3000-1.8 2,7 1,935 CM4-4000-1.8 3,2 2,005 CM4-5000-1.8 3,4 2,105 CM4-6000-1.8 3,59 2,255 CM4-8000-1.8 4,03 2,355 CM4-10000-1.8 4,225 2,805 CM4-12000-1.8 4,52 2,89
Tabla 9-19 Dimensiones de las cucharas para densidades menores de 2,8 t/m3 Modelo Largo máx.(m) Ancho máx. (m)
CM4-1000-2,8 1,84 1,45 CM4-1250-2.8 1,935 1,61 CM4-1500-2.8 2,03 1,735 CM4-2000-2.8 2,03 1,735 CM4-2500-2.8 2,3 2,145 CM4-3000-2.8 2,49 2,245 CM4-4000-2.8 2,875 2,345
91 Manipulación de sólidos a granel en terminales portuarias. Dimensionamiento de instalaciones
Modelo Largo máx.(m) Ancho máx. (m)
CM4-5000-2.8 3,22 2,405
CM4-6000-2.8 3,41 2,555
CM4-8000-2.8 3,7 2,89
Tabla 9-20 Dimensiones de las cucharas para densidades menores de 3,2 t/m3 Modelo Largo máx.(m) Ancho máx. (m)
CM4-1000-3,2 1,84 1,45 CM4-1250-3,2 1,935 1,61 CM4-1500-3,2 2,03 1,735 CM4-2000-3,2 2,03 1,735 CM4-2500-3,2 2,3 2,145 CM4-3000-3,2 2,49 2,245 CM4-4000-3,2 2,875 2,345 CM4-5000-3,2 3,22 2,405 CM4-6000-3,2 3,41 2,555 CM4-8000-3,2 3,7 2,89
En cuanto a la inclinación de las paredes de descarga con respecto a la horizontal se ha establecido como criterio el que este sea 15° superior al ángulo de reposo mayor en operación.
Por último la capacidad mínima necesaria de la tolva se calculará de forma que pueda realizarse el paso de una descarga discontinua (grúa-cuchara) a un transporte continuo (cinta transportadora). Para cumplir este requisito es necesario que la salida de material de la tolva no se interrumpa en ningún momento.
Para calcular la capacidad de la tolva, se ha considerado la diferencia entre la carga de la grúa-cuchara por hora, con la grúa funcionando al ritmo de operación necesario para cumplir la demanda de una jornada de operación, y la descarga de la tolva por hora (ritmo de operación determinado). Como se ha dimensionado el conjunto grúa-cuchara para obtener la tasa de operación deseada, esta diferencia siempre resultará positiva, es decir, al final de cada hora siempre quedará un exceso de material en la tolva.
La capacidad de la tolva se calcula para que esta pueda almacenar la última cucharada de la jornada de operación (o de 8 horas como máximo, si la jornada fuera más larga) más el exceso de material acumulado durante ese jornada. Se establece un máximo de 8 horas, porque se considera el caso más extremo de la duración de trabajo continuado del operario del equipo de descarga. Normalmente será menor, aprovechando el cambio de turno para descargar gran parte del exceso acumulado. Por lo tanto, la capacidad necesaria de cada tolva será:
Herramienta de diseño de terminal de sólidos a granel
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siendo:
- TOED = tasa de operación del equipo de descarga
- TOT = tasa de operación de la tolva
- HD = horario de operación normal
- Qcuchara = capacidad de la cuchara del equipo de descarga
Una vez obtenidos los principales parámetros de las tolvas de recepción se pasa a dimensionar el sistema de transporte.
Tanto el apartado 1.4.2 como el 1.4.3 están enfocados a dimensionar la cinta transportadora necesaria. La principal diferencia entre los dos es que el 1.4.2 dimensiona un solo tramo al detalle, y el 1.4.3 presenta a modo de resumen las características principales que deben tener los distintos tramos del sistema de transporte interno.
En el dimensionamiento al detalle de un tramo de cinta, se le solicitan al usuario los siguientes parámetros de entrada:
- Longitud del tramo - Inclinación del tramo
- Velocidad de la cinta deseada - Tipo de banda
- Ángulo de abrazado entre tambor de accionamiento y cinta - Rendimiento del motor de accionamiento
Los cálculos que realiza la herramienta son los descritos en la norma UNE-EN 58204-92.
Primero, conocida la capacidad de la cinta y con la inclinación del tramo y velocidad introducida por el usuario se calcula el área de sección neta necesaria. Esta área se obtiene mediante la siguiente expresión:
𝐴 [𝑚2] = 𝑄 [𝑚 3⁄ ]ℎ
𝑘 𝑥 𝑣 [𝑚 𝑠⁄ 2]
donde:
- Q = capacidad de la cinta transportadora - v = velocidad de la cinta transportadora - k = factor de inclinación
El factor de inclinación se calcula de la siguiente forma:
𝑘 = 1 − (1,64 𝑥 ( 𝜆 𝑥 𝜋 180 )
2
)
siendo:
- λ = inclinación del tramo de cinta [°]
Una vez conocida el área de la sección transversal neta necesaria, se solicita al usuario la elección del tipo de banda de cara a obtener el ancho de banda necesario.
93 Manipulación de sólidos a granel en terminales portuarias. Dimensionamiento de instalaciones
El dimensionamiento del ancho de banda se hará con el ángulo de sobrecarga mínimo de todos los productos en operación, que es el caso más desfavorable. El ángulo de sobrecarga se establece, como recomienda la UNE-EN 58204-92 en tres cuartas partes del valor del ángulo de reposo.
Los tipos de cinta entre los que puede elegir el usuario son plana, en V o Artesa. Estas cintas contienen uno, dos y tres rodillos por estación, respectivamente.
Una vez seleccionado el tipo de banda, la herramienta muestra el valor de ancho de banda exacto necesario y el valor de ancho de banda normalizado inmediatamente superior. Con este valor normalizado es con el que se realizarán el resto de cálculos.
Los valores de anchos de banda normalizados se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 9-21 Anchos de bandas transportadoras normalizados Anchos de banda normalizados (mm)
400 500 650 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
A partir de la obtención del ancho de banda se determina la longitud de rodillos necesarios y, por lo tanto, sus pesos.
Tabla 9-22 Longitud de rodillos necesaria en función del tipo y ancho de banda Anchos de banda normalizados (mm) Longitud de los rodillos en banda plana (mm) Longitud de los rodillos en banda en V (mm) Longitud de los rodillos en banda Artesa (mm) 400 500 250 160 500 600 315 200 650 750 380 250 800 950 465 315 1000 1150 600 380 1200 1400 800 465 1400 1600 1000 670 1600 1800 1100 800 1800 2000 1200 850 2000 2200 1400 950
Herramienta de diseño de terminal de sólidos a granel
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Tabla 9-23 Peso de los rodillos en función a su longitud y diámetro Longitud rodillos
(mm)
Peso rodillos diámetro 108 mm (kg)
Peso rodillos diámetro 133 mm (kg)
Peso rodillos diámetro 159 mm (kg) 160 2,1 3,5 4,9 200 3,28 4,1 5,74 250 3,84 4,8 6,72 315 5,12 6,4 8,96 380 5,12 6,4 8,96 465 6 7,5 10,5 500 6,72 8,4 11,76 600 7,44 9,3 13,02 670 8,08 10,1 14,14 750 8,96 11,2 15,68 800 9,6 12 16,8 950 11,04 13,8 19,32 1000 11,76 14,7 20,58 1100 12,64 15,8 22,12 1150 13,12 16,4 22,96 1200 13,68 17,1 23,94 1400 15,6 19,5 27,3 1600 17,68 22,1 30,94 1800 19,76 24,7 34,58 2000 21,76 27,2 38,08 2200 23,84 29,8 41,72
La separación de las estaciones de rodillos, tanto los de transporte como los de retorno, se obtiene a partir de la densidad del material a transportar. Cuando se tienen operaciones con productos de varias densidades, la herramienta toma el producto de mayor densidad para establecer este parámetro.
Una vez determinados los parámetros geométricos, se pasa a obtener los parámetros técnicos de la cinta: tambor de accionamiento y equipo motriz. Para ello es necesario calcular la fuerza de accionamiento necesaria para poner en funcionamiento el tramo de cinta introducido por el usuario.
La fuerza de accionamiento necesaria para poner en funcionamiento un tramo de cinta es, según UNE-EN 58204-92:
𝐹𝑢= 𝐹𝐻+ 𝐹𝑁+ 𝐹𝑆1+ 𝐹𝑆2+ 𝐹𝑆𝑇
siendo:
- FH = resistencias principales
95 Manipulación de sólidos a granel en terminales portuarias. Dimensionamiento de instalaciones
- FS1 = resistencias especiales principales
- FS2 = resistencias especiales secundarias
- FST = resistencias debidas a la inclinación
Las resistencias principales son las debidas al giro de los rodillos, tanto de transporte como de retorno, y al avance de la banda. Se puede obtener como:
𝐹𝐻= 𝑓 𝑥 𝐿 𝑥 𝑔 𝑥 [𝑞𝑅𝑂+ 𝑞𝑅𝑈+ (2𝑞𝐵+ 𝑞𝐺) 𝑥 𝑐𝑜𝑠𝛿]
siendo:
- f = coeficiente ficticio de rozamiento (la herramienta lo considera 0,02, aunque puede ser modificado por el usuario)
- L = longitud del tramo - g = aceleración de la gravedad
- qRO = masa de los rodillos de transporte por metro lineal
- qRU = masa de los rodillos de retorno por metro lineal
- qB = masa de la banda por metro lineal
- qG = masa del material por metro lineal
Las resistencias secundarias son las debidas a la inercia y fricción debido a la aceleración en la zona de carga, las debidas al rozamiento sobre las paredes de las canaletas de alimentación y las debidas al enrollamiento de la banda sobre los tambores.
Como puede verse, estas resistencias están relacionadas con la carga del material en la cinta, por lo tanto, contra mayor sea la longitud de la cinta menos influencia tendrán en el total de la resistencia y viceversa. Por esto, para tramos largos (mayores de 80 m), en los que las resistencias secundarias no tendrán una gran influencia, se suele multiplicar las resistencias principales por un coeficiente C.
Los tramos de cinta en terminales portuarias no suelen ser menores de esos 80 m, por lo tanto, se ha diseñado la herramienta de forma que la resistencias secundarias se incluyen en la total aplicando un coeficiente de mayoración C a las resistencias principales. Para valores menores de 80 m, se ha incluido también un valor de C, aunque en estos casos conviene calcular las resistencias secundarias de forma detallada.
Los valores del coeficiente de mayoración C de las resistencias principales son los siguientes:
Tabla 9-24 Valores del coeficiente C Longitud del tramo
(m) Coeficiente C Longitud del tramo (m) Coeficiente C
10 3,00 500 1,20 50 2,00 600 1,17 80 1,92 700 1,14 100 1,78 800 1,12 150 1,58 900 1,10 200 1,45 1000 1,09 300 1,31 1500 1,06
Herramienta de diseño de terminal de sólidos a granel
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Longitud del tramo
(m) Coeficiente C
Longitud del tramo
(m) Coeficiente C
400 1,25 2000 1,02
Las resistencias especiales, tanto principales como secundarias, pueden deberse a distintos factores como pueden ser:
- Resistencia de convergencia debida a la posición oblicua o inclinada de los rodillos - Resistencia debida al rozamiento contra los faldones de las canaletas de alimentación - Resistencia debida al rozamiento de los dispositivos de limpieza de faldones y bandas - Resistencia debida al retorno del ramal inferior de la banda
- Resistencia debida a las rejillas de derrame de los materiales - Resistencia debida a los carros vertedores
En algunos proyectos suelen despreciarse, por ser una parte mínima de la resistencia total. En este caso la herramienta considerará como resistencias especiales un 10% de las resistencias principales y secundarias. Las resistencias debidas a la inclinación vienen propiciadas, como su nombre indica, a la inclinación del tramo de cinta, al provocar esta una desnivelación del material transportado.
Puede determinarse de acuerdo a la siguiente expresión:
𝐹𝑆𝑇 = 𝑞𝐺 𝑥 𝐻 𝑥 𝑔
siendo:
- qG = masa del material por metro lineal
- H = diferencia de cota entre el punto final y el inicial - g = aceleración de la gravedad
La fuerza necesaria para poner en funcionamiento el tramo de cinta indicado debe ser igual o superior a la resistencia total calculada.
Una vez la herramienta ha obtenido este parámetro, puede determinar la fuerza máxima que deberá soportar la cinta, el tambor de accionamiento necesario y el grupo motriz necesario.
Comenzando por la fuerza máxima que deberá soportar la cinta, para calcularla, la herramienta utiliza la siguiente expresión de la norma UNE-EN citada anteriormente:
𝐹𝑚𝑎𝑥= 𝐹𝑢∗ 𝜉 ∗ (
1
𝑒𝜇𝜑− 1+ 1)
siendo:
- Fu = fuerza de accionamiento necesaria
- ξ = coeficiente de mayoración debido al mayor esfuerzo en el arranque - µ = coeficiente de adherencia entre el tambor y la banda transportadora - φ = ángulo de abrazado entre tambor y cinta [rad]
97 Manipulación de sólidos a granel en terminales portuarias. Dimensionamiento de instalaciones
El coeficiente de mayoración debido al esfuerzo en el arranque se sitúa entre 1,3 y 2, dependiendo del equipo de accionamiento. La herramienta considera 1,8 en el cálculo.
Por otra parte, el coeficiente de adherencia depende del tipo de tambor y de las condiciones de funcionamiento. La herramienta considera en el cálculo un coeficiente de 0,4, correspondiente a un tambor de acero liso sin revestir funcionando en un medio seco.
Con el valor de la fuerza máxima que soportará la banda es posible elegir el tipo de banda en función a la resistencia a la tracción que debe presentar. Para ello, la herramienta divide la fuerza obtenida entre el ancho de banda. Una vez obtenido este valor, la banda muestra al usuario el tipo de banda normalizada con una resistencia inmediatamente superior a la calculada.
Los tipos de cinta que la herramienta guarda en la base de datos, con su resistencia máxima, son los que se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 9-25 Resistencia de cada tipo de banda Tipo de banda Resistencia máxima
(N/mm) EP-100 100 EP-125 125 EP-160 160 EP-200 200 EP-250 250 EP-315 315 EP-400 400 EP-500 500 EP-650 650
En cuanto al tambor de accionamiento, es necesario indicar algunos aspectos que se han considerado a la hora de diseñar la herramienta:
- La herramienta dimensiona el tambor de accionamiento para una configuración del tramo de cinta en el que solo existe un tambor de accionamiento. Si se muestra un valor de diámetro superior al normalizado para dichos tambores, quiere decir que sería necesario diseñar ese tramo de cinta considerando otro tipo de configuración (más de un tambor de accionamiento).
- La herramienta dimensiona el diámetro del tambor en base a dos aspectos: el no dañar la banda transportadora y el ser capaz de transmitir la fuerza de accionamiento necesaria.
Tabla 9-26 Tambores de accionamiento normalizados Diámetros normalizados tambor de
accionamiento (mm) 200
Herramienta de diseño de terminal de sólidos a granel
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Diámetros normalizados tambor de accionamiento (mm) 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1400 1600 1800 2000
Los diámetros mínimos para no dañar la banda durante la operación vienen recomendados por el fabricante de la banda.
Tabla 9-27 Diámetros mínimos de tambores de accionamiento en función de la resistencia de la banda Tipo de banda Diámetro mínimo tambor motriz (mm) Diámetro mínimo tambor de retorno (mm)
EP-100 250 200 EP-125 250 200 EP-160 320 250 EP-200 400 320 EP-250 500 400 EP-315 500 400 EP-400 630 500 EP-500 630 500 EP-650 800 630
El diámetro mínimo necesario para transmitir la fuerza de accionamiento necesaria se calcula mediante la siguiente expresión:
𝑑𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟 =
1000 𝑥 360 𝑥𝐹𝑢 𝐹𝑡 𝑥 𝜋 𝑥 𝜑 𝑥 𝐷𝑛
99 Manipulación de sólidos a granel en terminales portuarias. Dimensionamiento de instalaciones
siendo:
-
F
u= fuerza de accionamiento necesaria [kg]-
F
t= capacidad de transmisión [kg/m
2]- φ = ángulo de abrazado entre tambor y cinta [°] - Dn = ancho normalizado banda transportadora [m]
Por último, la herramienta calcula la potencia motriz necesaria para accionar la cinta y, en base al valor obtenido, muestra la potencia normalizada con la que debe contar el motor.
La potencia de accionamiento necesaria se obtiene multiplicando la fuerza de accionamiento por la velocidad a la que se quiere que funcione la cinta. Dividiendo dicha potencia de accionamiento entre el rendimiento del motor de accionamiento (normalmente suelen presentarse valores entre el 80% y el 90%), se obtiene la potencia mínima que debe suministrar el motor. Obtenido este valor la herramienta muestra el valor de potencia normalizado inmediatamente superior.
Tabla 9-28 Potencia de motores normalizados Potencia motores normalizados (kW)
1,5 40 2,2 45 3 55 4 75 5,5 90 7,5 110 11 132 15 160 18,5 200 22 250 30 315 37