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Diseño y cálculo de los transportadores de cadenas
Manejo y Separación Mecanica de materiales (Universidad de Guadalajara)
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CAPÍTULO IV
Apunte 7 Clase manejo 2021B 78707 I5827 D01
TRANSPORTADORES DE CADENAS
Las cadenas son elementos flexibles y articulados que pueden ser transmisor de una
fuerza (tensión) o si se transmite a través de ellas movimiento, son transmisoras de
potencia; para cualquiera de los casos anteriores, las cadenas deben ser seleccionadas y
calculadas bajo especificaciones del constructor.
Los parámetros más importantes en las cadenas son: el tipo, según la aplicación selectiva;
el paso, que nos define por sí mismo el tamaño de la cadena y los sistemas de transmisión,
tensión y velocidad de operación.
Para su estudio se clasifican en:
1. Cadenas de metal maleable y desmontable
2. Cadenas de gorrones
3. Cadenas de chapa de acero
4. Combinación de las tres anteriores
5. Diseños especiales
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Fig. 80. Diferentes tipos de cadenas de la Compañía. Jeffrey. (Ref.2)
Cadenas de metal maleable y desmontable
Este tipo de cadenas son de las que se encuentran más comúnmente en la industria en
general, quizá debido a que son las más económicas y se les utiliza tanto como transmisoras
de potencia, como cadenas de arrastre, o bien, para conformar diferentes transportadores.
Sus eslabones son de fundición de hierro o de cualquier otro metal, y están diseñadas de tal
manera que para su ensamble no se requiere de herramienta especializada para este objeto,
teniendo la ventaja de que no tienen piezas complementarias (pernos, bujes, gorrones y
seguros) y son fácilmente reproducibles. Sin embargo, las tensiones que transmiten son
relativamente bajas por lo que se les utiliza para cargas o trabajos ligeros.
Diseño del eslabón
Siempre parte de un eslabón tipo, cuyo tamaño viene referido a un número que nos
determina el número de eslabones por tres metros de longitud, este eslabón consta de una
especie de marco o bastidor en el que está configurado o diseñado el perno, el cual es el
responsable de la tensión que puede soportar dicha cadena, mientras que por el otro lado se
encuentra la cabeza la cual aloja el perno del otro lado del eslabón, en la parte de atrás de la
configuración del perno es donde sienta el diente de la cadena o sprocket. Para su
funcionamiento, estos eslabones siempre deben ir con el gancho hacía arriba, el objetivo de
esto es el de evitar que se pueda desensamblar.
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Las tensiones que reciben van desde 600 lbs hasta 2800 lbs, mientras que su resistencia
máxima les da un factor de seguridad de 6.
Fig. 81. Diseño del eslabón de la cadena de hierro desmontable. (Ref. 2)
Cadenas de gorrones
A diferencia de las cadenas anteriores en las que el eslabón es un elemento completo, la
cadena de gorrones se caracteriza por llevar un gorrón separado (perno), que une 2
eslabones sucesivos, dicho gorrón o perno es el responsable principalmente de la tensión a
la que está sometida la cadena, por lo que el desgaste de este debe reducirse al mínimo, esto
se logra inmovilizando el perno por medio de cabezas planas o en forma de T, o bien, con
una de las terminales careadas o planas.
Estas cadenas se les utiliza para trabajos más severos que las anteriores, hay algunas que
trabajan arriba de 100oC, o bien, transportando materiales muy abrasivos como clinker de
cemento. Igual que las anteriores los eslabones son de fundición y el perno es de acero o
bien forjado, lo mismo que la chaveta o seguro.
Fig. 82. Cadena de gorrones No. 455 de la Compañía JEFFREY. (Ref. 2)
Cadenas de gorrones planos
Es el tipo más sencillo y más económico, en estas cadenas el eslabón solo es el
responsable de la tensión de trabajo ya que no tiene bujes y el desgaste es en la cabeza del
eslabón y en el perno.
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Fig. 83. Cadena de gorrones planos de la Compañía JEFFREY. (Ref. 2)
Cadenas entrelazadas y enclavijadas o lavadoras de caña
Es del mismo tipo que las anteriores sólo que resisten temperaturas más elevadas.
Fig. 84. Cadena para lavar caña de la Compañía JEFFREY. (Ref. 2)
Cadenas intermedias
En este tipo de cadenas el diente cae en el hueco del eslabón, estas cadenas tienen un buje
para evitar el desgaste del perno. La diferencia entre estas y las anteriores, es que tiene una
doble cabeza sobre las cuales reparten los esfuerzos de tensión, por lo tanto, necesitan una
catarina doble; como son eslabones de acero inoxidable, se les adecua un cojinete o buje
que es más blando que el mismo perno y sufra el desgaste más rápido que el perno pero es
fácil sustituirlo, y para evitar que este gire en su alojamiento es un buje partido o abierto
que se inserta en una ceja del mismo eslabón (como puede verse en la Figura 85), lo que
evita que este se mueva. Este tipo de cadena es muy utilizada en la construcción de
transportadores de mandil o banda articulada, su resistencia es aproximadamente de 4500 lb
y la de fatiga de 25,000 lb.
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Fig. 85. Cadena intermedia de la compañía JEFFREY. (Ref. 2)
Cadenas de chapa de acero
Este tipo de cadenas es el más altamente difundido y el que más se conoce en la industria
en general. Se le utiliza como elemento transmisor de tensión y en algunos casos como
receptor.
Se clasifican en:
a) Cadenas de acero de eslabón redondo (de un diámetro de 1mm hasta 20 cm), en la
industria se les emplea, como cortinas de impacto y su aplicación en polipastos.
b) Cadenas de eslabón redondo y plano.
c) Cadenas de chapa de acero
Las cadenas de chapa de acero se pueden clasificar:
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Fig. 86. Cadenas de chapa de acero de alta precisión Compañía Jeffrey. (Ref. 2)
Sus principales partes constitutivas son:
Fig. 87. Partes constitutivas de las cadenas de chapa de acero de alta precisión Jeffrey. (Ref. 2)
Este tipo de cadenas se les puede encontrar como se menciono antes sencilla, o formando
varias hileras como se muestra en la Figura 88, de forma sencilla con una resistencia
máxima media de 875 lb con un paso de ¼ de pulgada, hasta una forma triple con una
resistencia máxima mediad e 285,000 lb con un paso de 2 ½ pulgadas.
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Fig. 88. Configuraciones de cadenas de chapa de acero de la compañía JEFFREY. (Ref. 2).
Cadenas en combinación de las tres anteriores
Estas cadenas se forman aplicando alguno o varios de los tipos anteriores para logra
configuraciones que puedan ayudar a realizar mejor la operación de transporte o de tensión,
y que se pueden observar conformando algunos transportadores, como el de tablillas. Como
puede observarse en la Figura 88, la cadena tipo STR para el servicio de portacañas en las
Centrales Azucareras.
Fig. 89. Cadenas tipo STR de la Compañía Jeffrey. (Ref. 2)
O bien, formando transportadores de tablillas con tres cadenas intermedias como se aprecia
en la Figura 90.
Fig. 90. Transportador de tres hileras de cadenas intermedias de clase 900 o 4900 Jeffrey. (Ref. 2)
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TRANSPORTADORES CON CADENAS ESPECIALES:


Tipo Bühler
Tipo Redler
Tienen la ventaja de que trabajan en cajas cerradas y evitan contaminación y explosiones.
Se pueden transportar dos materiales al mismo tiempo.
Estos transportadores se utilizan para materiales a granel o en pequeños trozos; son
recomendables para materiales ligeros y poco abrasivos, sin embargo, con los eslabones
adecuados dan buenos resultados en el transporte de materiales semiabrasivos y calientes.
Los eslabones en general, son del tipo longitudinal, muchas veces denominados tipo canilla
y los de Bühler son de acero de tipo T y los Redler son de fundición y los hay del tipo U, H,
I, T, los dos últimos utilizados como transportadores horizontales y los dos primeros en
inclinados o verticales; este tipo de transportadores manejan material dentro de una caja
cerrada, lo que es muy conveniente ya que además de evitar la contaminación y el soplado
de los materiales, permite el transporte de material tanto en planos inclinados, verticales y
horizontales, incluso no necesariamente rectilíneos por lo que es muy conveniente verlos
como la combinación de estos planos.
Fig. 91. Configuraciones normales de cadenas Redler. (Ref. 11)
La caja
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Dentro de la cual se mueve el transportador; está dividida en dos secciones: La inferior
donde comúnmente el material es transportado llenando casi completamente su sección
transversal y la parte superior sirve de retorno y de guía a la cadena, además admite algunas
operaciones complementarias como son el mezclado, la distribución y la de intercambio de
energía calorífica.
Fig. 92. Caja del transportador de Rastra de Easy-Flo de la Compañía Riley. (Ref. 12)
Ventajas
Tienen funcionamiento libre de polvos, gran ahorro de espacio, vigilancia mínima,
tratamiento cuidadoso de los productos transportados, recepción de material con
dosificación automática, construcción autosostenida en amplios límites, transporte de
productos a alta temperatura y seguridad contra explosiones
Ejemplo 1: Se desean transportar 600 ton/hr en un transportador Redler de un material
cuya ρa = 700 kg/m3. Se va a trabajar a una velocidad de 0.8 m/s. ¿Determinar el tamaño
del transportador?
Se cuenta con los siguientes datos:
CT = 600 to/hr
ρa = 700 kg/m3
v = 0.8 m/s
de la Ec. 2 CT = Cv ρa
y de la Ec. 1 Cv = v * A
Cv = CT/ρa =600/0.7 = 857.15 m3/hr
A = Cv/(v*3600) = 857.15 m3/hr/(0.8 m/s *3600 s/hr) = 0.3 m2
Por lo tanto: el tamaño del transportador deberá tener 0.3 m2 de área seccional transversal.
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Ejemplo 2: Si el coeficiente global de fricción es de 0.25 y la longitud del transportador es
de 60 m. ¿Cuál es la potencia y la tensión a la que estará sometida la cadena?
Se cuenta con los siguientes datos:
CT = 600 ton/hr
ρa = 700 kg/m3
v = 0.8 m/s
A = 0.3 m2
µ = 0.25
L = 60 m
Potencia =?
Tensión =?
Recordando de las Leyes de Newton:
(82)
(83)
(84)
Wmaterial = (0.3m2)(60m)(700kg/m3) = 12600 kg
y la tensión es igual a: FT = (0.25)(12600 kg )= 3150 kgf
y la potencia:
Cadenas para barril
Estos eslabones son una modificación de las cadenas tipo cruceta, como se puede
observar en la Figura 93, y tienen una configuración en la parte superior de acuerdo al
perfil del material que van a transportar.
Fig. 93. Transportador de cadenas para barril Compañía Alvey. (Ref. 5)
Transportadores de Rasquetas o Paletas
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Estos transportadores corresponden al mismo grupo que los anteriores, son motrices y de
deslizamiento, están constituidos básicamente por paletas o placas de metal o también no
metálicos, acopladas a una o más cadenas para moverse en un canal o cajón donde se aloja
la carga a manejar. De esa manera al trasladarse la cadena, las paletas empujan el material
para llevarlo de un punto a otro. Puede utilizarse una o dos cadenas aunque lo más común
es instalar un par de cadenas con rodillos giratorios para reducir las fricciones. Las paletas
también pueden ser de plástico o de madera.
Su uso práctico de refiere a manejar carbón, viruta, desperdicios de madera y materiales
similares no abrasivos. Para materiales calientes como polvos o productos químicos las
paletas deben ser de acero inoxidable para que trabajen satisfactoriamente.
Este tipo de transportadores pueden trabajar hasta 45 o con respecto a la horizontal aunque
después de 20o la capacidad de trabajo disminuye considerablemente. Su capacidad de
trabajo es del orden de unas 360 ton/hr como máximo y su velocidad de 45 m/min. Al igual
que los transportadores de tipo Redler pueden ser alimentados en cualquier punto y su
descarga en puntos predeterminados mediante raseras.
Su capacidad de trabajo se puede evaluar de acuerdo a la siguiente expresión:
(85)
Donde CT = Ton/hr
B = ancho de la paleta en cm
H = altura de la paleta en cm
v = velocidad del transportador en m/min
ρa = densidad aparente del material en kg/m3
Nota: Se debe tomar en cuenta que la altura que alcanza el material se considera de solo el
80%, esto es se debe multiplicar H x 0.80 para que nos dé la altura del material, esto se
incluye en las unidades por eso la constante de conversión queda 208000.
Ejemplo 3: Se pretende transportar el material mediante un transportador de rasquetas,
sobre una longitud de 60 m. El ángulo de elevación es de 30° y el ángulo de talud de 45°, el
coeficiente de fricción del material es de 0.59 y el coeficiente de fricción de la cadena viene
dado por la siguiente ecuación.
(86)
donde
x = 0.33 metal –metal no engrasado
x = 0.20 metal – metal engrasado
x = 0.03 cojinetes a la rodadura
y = 0.13 si es nueva a 0.135 si es usada por el tipo de cadena
d = diámetro del buje en pulgadas
D = Diámetro del rodillo en pulgadas
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Se pretende que el ancho de la paleta sea de 1m y la altura de la rasqueta de 40 cm.
Considerando que el material alcanza 0.8 veces la altura de la rasqueta y la ρa de 800
kg/m3, la velocidad del transportador 0.5 m/s. determine el CT si el paso entre las rasquetas
es de 80 cm. Así como la potencia total y las dimensiones de las cadenas (2).
Conociendo:
Ancho = 1 m = a
Altura = 0.4m = h
El material alcanza una altura = 0.8h
ρa = 800 kg/m3
V = 0.5 m/s
L = 60 m
Angulo de elevación = 35°
Angulo de talud = 45°
µm = 0.59
paso = 0.8m
45°
35o
Fig. 94. Representación esquemática del transportador de rasquetas inclinado con el acomodo del material dentro de cada
rasqueta.
Observando la Figura 94, determinamos el volumen que contiene cada rasqueta mediante
la siguiente expresión:
(87)
V = 0.32 (0.4)2 = 0.051m3
Peso/rasqueta = (0.051) (800) = 41 kg/rasqueta
Determinando el tiempo que tarda en pasar una rasqueta:
T = p /v = 0.8 m/ 0.5 m/s = 1.6 seg/rasqueta
por lo tanto: 3600 / 1.6 = 2250 rasquetas/hr
CT = (2250 rasquetas/hora)(41 kg/rasqueta)/(1000 kg/ton) = 92.25 Ton/hr
Utilizando la ecuación 70 para determinar la Potencia de un transportador:
Potencia total
P T = PM + PF
(88)
Donde PT es la potencia total necesaria para mover tanto la carga como las partes móviles
del transportador, HP.
PM potencia debido al material que se transportará, HP.
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PF potencia para vencer la fricción de las partes móviles, HP.
PM = [CT(µcos + sen)L] fs/ 270
Si fs = 1
PM =92.25(0.59cos35° + sen35°)(60)(1)/270 = 21.66 HP
PM = F*v
(89)
F = PM/v = [21.66 HP /0.5 m/s]*[75kgf m/s / HP] = 3249 kgf
Como se cuenta con dos cadenas:
Se determinara la fuerza por cadena primero:
3249 / 2 = 1624.5 kgf/cadena
Suponiendo que las rasquetas son de acero con un espesor de 1/8” y con una
ρa = 7.7 gr/cm3, considerando como si fuera un paralelepípedo rectangular de 1/8” = 0.317
cm, su peso por rasqueta será:
(0.317cm)(40cm)(100cm)(7.7g/cm3) = 9.77 kg/rasqueta
Para calcular el número de rasquetas se tomaran en la parte superior: 60m/0.8 m/rasqueta. =
75 rasquetas de subida
Y suponiendo que no afecta el diámetro de las poleas, por lo tanto se tienen en total 150
rasquetas.
(150 rasquetas)(9.77 kg/rasqueta) = 1464 kg de rasquetas; por lo que deben cargar 734
kg/cadena
Total = 2356 kg/cadena = 2356 kg/0.454 lb/kg = 5190 lb
El peso total que debe soportar cada cadena será:
(90)
Utilizando como referencia las cadenas tipo WS de la Compañía Jeffrey:
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Fig. 95. Dimensiones de la cadena tipo WS Jeffrey. (Ref. 2)
Y los valores estándar de trabajo, y dimensiones se obtienen de la Figura 96.
Fig. 96. Valores y dimensiones para las cadenas WS Jeffrey. (Ref. 2)
Se selecciona primero la cadena de tipo WS:
WS-124
Peso medio de la cadena = 8.5 lb/ft
d = ¾”
D =1 7/16”
120 m = 393.7ft
Wcadena = (393.7ft)(8.5lb/ft) = 3344 lb
valor estándar de trabajo = 6300lb
(Por lo tanto no sirve)
3344 + 5190 = 8534 lb/cadena
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Proponiendo la siguiente cadena:
WS-124H
Peso medio = 14.1 lb/ft
d = 7/8”
120m = 393.7ft
Wcadena = (393.7)(14.1b/ft) = 5551 lb
valor estándar de trabajo = 7850lb
aún con tratamiento térmico en todo
(Por lo tanto no sirve)
5551 + 5190 = 10741 lb/cadena
WS-111
Peso medio = 8.4 lb/ft
120m = 393.7ft
Wcadena = (393.7)(8.4lb/ft) = 3307 lb
valor estándar de trabajo = 7550lb
(Por lo tanto no sirve)
3307 + 5190 = 8497 lb/cadena
Aunque si se utiliza el valor estándar
con tratamiento térmico en todo si soportaría ya que es = 8850 lb
O se puede utilizar la cadena siguiente:
WS-132
Peso medio = 14 lb/ft
120m = 393.7ft
Wcadena = (393.7)(14lb/ft) = 5511 lb
De la Figura 87:
d =1”
D= 1 ¾”
5511 + 5190 = 10701 lb/cadena
valor estándar de trabajo = 13100lb
(Por lo tanto SI sirve)
(91)
=1.0557
Fcadena = µcadenaWcadena = (1.0557) (5511 lb) = 5818lb
2(5818)*0.454 + 1464 = 6746 kg peso de cadenas + paletas
PF = (0.5)(6746)(cos35°/75) = 45.445 HP
PT = 21.66 + 45.445 = 67.105 HP
Pmotor = ?
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Ejemplo de tarea 8: para el 21 de septiembre, a más tardar
1.- Del ejemplo anterior calcule cual sería la capacidad de trabajo si el transportador de
paletas se utilizará horizontalmente, y la nueva potencia necesaria para mover está carga.
2.- Seleccione el motor adecuado para el problema anterior de acuerdo a algún fabricante,
revise la eficiencia del motor y evalúe la potencia de dicho motor que se haría necesario
instalar.
Referencias
10 (http://www.molineriasala.com/catalogo.php?idc=13)
11(http://www.schenck.es/admin/productos/archivos_productos/Cadena%20Redler.pdf)
12 Catálogo Riley Equipment, Inc.
13 Catálogo Tapco
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