Qué es un Transportador Helicoidal

¿Qué es y como funciona un Transportador Helicoidal o Transportador de Tornillo?

 Una de las preguntas más frecuentes es ¿Qué es un transportador helicoidal? y ¿Para qué sirve un transportador de tornillo? El transportador de tornillo helicoidal es una de las formas más confiables y rentables para transportar materiales a granel. Es una máquina muy versátil que puede manejar una amplia variedad de materiales, desde materiales secos y de flujo libre como el cemento Portland hasta materiales húmedos y lentos, como los biosólidos deshidratados.

El propósito de este artículo es ayudar al lector a comprender los conceptos básicos del diseño del transportador de tornillo helicoidal y la selección adecuada del transportador helicoidal adecuado para sus aplicaciones.

Un transportador helicoidal o transportador de tornillo sinfín es un mecanismo que utiliza una cuchilla de tornillo helicoidal giratoria , llamada " Ala o Hélice ", generalmente dentro de un tubo o canal en forma de "U", para mover materiales líquidos, polvos y granulares. Se utilizan en muchas industrias de manipulación a granel. Los transportadores de tornillo en la industria moderna a menudo se usan horizontalmente o con una ligera inclinación como una forma eficiente de mover materiales semisólidos, incluidos desechos de alimentos, astillas de madera, agregados, granos de cereales , alimentos para animales, cenizas de calderas, harina de carne y huesos, sólidos municipales desperdicio , y muchos otros. El primer tipo de transportador de tornillo fue el tornillo de Arquímedes , utilizado desde la antigüedad para bombear agua de riego.

  Por lo general, consisten en un canal o tubo que contiene una hélice espiral enrollada alrededor de un eje, impulsada por un extremo y sujeta por el otro, o una " espiral sin eje ", impulsada por un extremo y libre en el otro. La velocidad de transferencia de volumen es proporcional a la velocidad de rotación del eje. En aplicaciones de control industrial, el dispositivo se usa a menudo como un alimentador de velocidad variable al variar la velocidad de rotación del eje para entregar una velocidad o cantidad medida de material en un proceso.

   Los transportadores de tornillo se pueden operar con el flujo de material inclinado hacia arriba. Cuando el espacio lo permite, este es un método muy económico de elevar y transportar. A medida que aumenta el ángulo de inclinación, la capacidad de una unidad dada disminuye rápidamente.

 La parte giratoria del transportador a veces se llama simplemente una helicoidal montado en tubo.

Hélice interna

Gusano Helicoidal Inclinado

Transportador Helicoidal en funcionamiento

¿Qué es una Hélice (Geometría)?

 Una hélice, en geometría, es el nombre que recibe toda línea curva cuyas tangentes forman un ángulo constante (α) con una dirección fija en el espacio.

  Un eje helicoidal (eje de tornillo o eje de torsión) es una línea que es simultáneamente el eje de un movimiento de rotación y la recta según la que se produce la traslación de un cuerpo.

El movimiento espacial de un cuerpo puede ser representado por un conjunto continuo de desplazamientos. Debido a que cada uno de estos desplazamientos tiene un eje helicoidal, el movimiento tiene una superficie reglada asociada conocida como "superficie helicoidal". Esta superficie no es lo mismo que el axoide, formado por la sucesión de ejes helicoidales instantáneos del movimiento de un cuerpo. El eje helicoidal instantáneo (EHI), es el eje del campo helicoidal generado por las velocidades de cada punto de un cuerpo en movimiento.

Cuando un desplazamiento espacial se convierte en un desplazamiento plano, el eje helicoidal se convierte en el "polo de desplazamiento", y el eje helicoidal instantáneo se convierte en el polo de velocidad, o centro instantáneo de rotación, también denominado simplemente centro instantáneo. El término centro también se usa para el polo de velocidad, y el lugar de estos puntos cuando se produce un movimiento plano se denomina centroda.4

Las hélices más singulares son: la hélice circular, o hélice cilíndrica, la hélice cónica y la hélice esférica.

Eje Helicoidal

Helicoidal Esférica

Hélice Esférica

Historia del Transportador Helicoidal de Tornillo Sinfin

Tornillo de Arquímides

   Arquímedes diseñó el primer transportador de tornillo helicoidal en el siglo III a. C. Se utilizó para eliminar el agua de los barcos y para el riego de las tierras de cultivo. El dispositivo consistía en un cilindro hueco con un eje central y una espiral fijada a la pared interna del cilindro y el eje central. A medida que el conjunto giraba, el agua se transportaba y se elevaba de un lugar a otro. El diseño en espiral se basa en la teoría del plano inclinado.

   El transportador de tornillo comenzó a evolucionar a fines de 1800 y se utilizó como un medio para aumentar la producción de alimentos y granos para satisfacer las necesidades de la población estadounidense en rápido crecimiento. Los primeros molinos de alimentación utilizaron transportadores de tornillo durante todo el proceso.

Incluso las fábricas de alimentación más modernas de la actualidad dependen de transportadores de tornillo para muchos de sus requisitos de manejo de materiales. El transportador de tornillo ha evolucionado hasta los tiempos modernos. Ahora se usa en casi todas las grandes industrias.

Hoy, miles de plantas de procesamiento en los Estados Unidos y el mundo están utilizando transportadores de tornillo para transportar materiales a granel de A a Z (ácido adípico a concentrado de zinc).

¿Dónde se utilizan los Transportadores de Helicoidales Sinfin

Los transportadores de tornillo helicoidal se utilizan para transportar cualquier tipo de material a granel y se encuentran en miles de aplicaciones. Las principales industrias que utilizan transportadores de tornillo son:

  • Productos químicos de producción agrícola

  • Procesamiento de alimentos

  • Madera y productos de madera

  • Procesamiento de Minería y Minerales

  • Extracción de petróleo y gas

  • Refinación del petróleo

  • Metales primarios

  • Pulpa y papel

  • Caucho y Plásticos

  • Piedra, vidrio y hormigón

  • Ambiental

Industria de Tratamiento de Aguas Residuales

   Estas industrias principales están definidas por el Departamento de Trabajo de EE. UU. Y cada empresa que produce un producto o servicio está categorizada por industria. Las industrias más específicas se encuentran dentro de estas industrias principales donde encontrará miles de aplicaciones para transportadores de tornillo sin fin. Por ejemplo, la producción de cemento Portland es parte de la industria de la piedra, el vidrio y el hormigón. La producción de piedra caliza pertenece a la misma industria. Cada industria importante puede tener hasta 20 industrias más específicas que utilizan transportadores de tornillo sinfin en sus procesos. Otro ejemplo son las industrias de procesamiento de carne y aves, parte de la industria de procesamiento de alimentos. El transportador helicoidal se utiliza en todas las industrias de procesamiento de carne y aves de corral para transportar subproductos o productos reciclados.

   La versatilidad y rentabilidad del transportador helicoidal lo convierten en una opción perfecta para transportar una amplia variedad de materiales a granel.

Definición y Clasificación de Materiales a Granel

   Los materiales a granel se definen como mercancías que se manipulan en grandes cantidades sin el beneficio de un embalaje individual. Los materiales a granel se transportan, almacenan y procesan para crear las cosas que necesitamos para vivir, como productos alimenticios, plásticos, productos de construcción, papel y miles de productos terminados.

   La industria de manipulación de materiales a granel es un campo de la ingeniería centrado en el diseño de equipos utilizados para transportar materiales a granel. La Asociación de Fabricantes de Equipos Transportadores (CEMA), compuesta por fabricantes de equipos de manejo de materiales, crea estándares de la industria para el diseño y operación segura de equipos transportadores.

Materiales a Granel

CEMA y los principales fabricantes de transportadores de tornillo sinfín han estudiado miles de diferentes materiales a granel para determinar sus características. CEMA clasifica los materiales a granel por:

  • Tamaño de partícula

  • Fluidez

  • Densidad

  • Abrasividad

  • Otras características                                                                     (corrosivo, inflamable, pegajoso)

   CEMA proporciona códigos de clasificación de materiales para la mayoría de los materiales a granel transportados. Esta información está disponible para cualquiera que diseñe, especifique, fabrique o utilice transportadores de tornillo y otros equipos de manipulación de materiales a granel. El diseño adecuado de los transportadores de tornillo helicoidal depende de conocer y comprender el material a granel que se transporta y la aplicación.

   Los materiales a granel se clasifican por tamaño de partícula, fluidez y otras propiedades físicas. La Asociación de Fabricantes de Equipos de Transportadores (CEMA) proporciona códigos de clasificación de materiales para los materiales a granel transportados más comúnmente. Esta información está disponible en el libro CEMA No. 350.

   Por ejemplo, el libro CEMA No. 350 indica que el código de material para el cemento Portland es 94A10026M. La tabla de códigos de clasificación de materiales de CEMA describe el material con un peso de 94 lbs. por pie cúbico, con un tamaño de partícula muy fino, que fluye libremente, moderadamente abrasivo y puede ser aireado o fluido cuando se transporta. La tabla de códigos de clasificación de materiales de CEMA se debe utilizar como una guía general para el diseño de transportadores de tornillo.

   La información detallada sobre materiales a granel está disponible a través de CEMA o uno de los principales fabricantes de transportadores de tornillo helicoidal. La mayoría de los principales fabricantes de transportadores de tornillo sinfín tienen expertos internos para ayudar a diseñar transportadores de tornillo u otros equipos de manipulación de materiales a granel. Estos expertos internos pueden proporcionar conocimientos sobre muchas aplicaciones diferentes y ayudar con la solución adecuada.

Teoría Básica para el Diseño de un Transportador Helicoidal

   Los transportadores helicoidales de tornillo son dispositivos de transporte volumétricos. Con cada revolución del tornillo helicoidal, se descarga un volumen fijo de material. El propósito de un transportador de tornillo es transferir el producto de un punto al siguiente.    Los transportadores de tornillo helicoidal siempre se controlan alimentando en la entrada por otro transportador o dispositivo de medición. Las válvulas rotativas, alimentadores o dosificadores de tornillo helicoidal, bandas transportadoras o incluso otros transportadores de tornillo están típicamente conectados a la entrada de un transportador helicoidal de tornillo.

   Los alimentadores o dosificadores de tornillo son similares a los transportadores helicoidales de tornillo, excepto que los alimentadores de tornillo helicoidal siempre están cargados por inundación o 100 por ciento llenos en el área de entrada. Los alimentadores de tornillo helicoidal están diseñados para medir volumétricamente el material desde una tolva, contenedor o silo a una velocidad controlada. Muchos alimentadores o dosificadores de tornillo helicoidal utilizan accionamientos de velocidad ajustable para permitir variar la velocidad de flujo del material.

Diseño de un transportador Helicoidal

Transportador Helicoidal para manejo de Coco

    El caudal o la capacidad de un transportador de tornillo se mide en pies cúbicos por hora. Si la capacidad se da en libras por hora, toneladas por hora o bushels por hora, se convierte a pies cúbicos por hora. Dado que los transportadores helicoidales de tornillo se alimentan por control en la entrada, la carga transversal del canal es inferior al 100 por ciento. CEMA ha desarrollado estándares para la carga de comederos basados ​​en los códigos de clasificación de materiales.

   Usando el ejemplo anterior de cemento portland, se describe como de flujo libre y moderadamente abrasivo. CEMA recomienda una carga mínima de no más del 30 por ciento. CEMA también recomienda reducir la velocidad del transportador de tornillo cuando transporta materiales suaves a extremadamente abrasivos. La reducción de la carga y la velocidad del canal reducirá el desgaste del transportador de tornillo.

   Esta información está fácilmente disponible en el libro CEMA No. 350, de Bega Helicoidales u otro proveedor aprobado por CEMA. El porcentaje de carga del canal o artesa se basa en el material que se transporta y si se utilizan rodamientos de suspensión internos. Los cojinetes de suspensión se encuentran dentro del transportador y se utilizan para soportar el tornillo helicoidal.

   Hay ciertos parámetros para dimensionar un transportador helicoidal de tornillo. El cálculo de la capacidad tiene en cuenta el diámetro exterior del tornillo, el diámetro exterior de la tubería, el paso del tornillo y la carga del canal. El cálculo determina la capacidad en pies cúbicos por hora que se transportará con cada revolución por minuto de rotación del tornillo. No es necesario memorizar este cálculo. La mayoría de los fabricantes de transportadores de tornillo aprobados por CEMA tienen el cálculo de capacidad y las pautas de CEMA como parte de su software de diseño de transportadores de tornillo.

   La elección del transportador de tornillo adecuado para su aplicación requiere un conocimiento básico del material que se transporta como se discutió anteriormente, así como cierta información básica como la longitud del transportador, el grado de inclinación y la temperatura del producto.

Desarrollo y Evolución reciente del Transportador Helicoidal de Tornillo

Transportador Helicoidal Shaftless

   A medida que los materiales de construcción, como las aleaciones resistentes a la abrasión y los aceros inoxidables, se han desarrollado a lo largo de los años, el uso de transportadores de tornillo ha aumentado a muchas más industrias, como se discutió anteriormente. Las mejoras recientes en la tecnología de producción incluyen la automatización de procesos de fabricación específicos que mejoran la calidad y reducen los costos. El uso de soldadura automatizada o robótica en el proceso de fabricación de tornillos helicoidales es un buen ejemplo.

   Uno de los desarrollos más recientes es el transportador helicoidal de tornillo sin eje que utiliza un tornillo sin el tubo central. El tornillo o espiral está construido de acero de alta resistencia y es lo suficientemente rígido como para manejar el par motor. La espiral generalmente se encuentra en el fondo del canal en un revestimiento hecho de plástico UHMW o metal. El eje impulsor está conectado directamente a la espiral sin eje.

   El transportador sin eje fue desarrollado originalmente para transportar materiales húmedos y pegajosos. Cuando se transporta con un transportador de tornillo con eje, los materiales húmedos y pegajosos tienden a adherirse a la tubería donde se une el tramo. Como el tubo central se elimina en un transportador sin eje, no hay lugar para que el material se pegue. La imagen de arriba muestra un transportador de tornillo sin eje típico.

Diferencias entre fabricantes de Transportadores Helicoidales Sinfin

   Cada fabricante de transportadores helicoidales es único y ofrece diferentes productos y servicios. Algunos fabricantes se especializan en proporcionar componentes estándar de CEMA, mientras que otros se centran en diseños personalizados. Es importante elegir el fabricante de transportadores de tornillo adecuado según sus necesidades específicas y los clientes de su área.

   Por ejemplo, si el material a manejar es muy abrasivo, necesitará un fabricante que se especialice en diseñar y construir transportadores de tornillo de alta resistencia. El grosor del material para tramos de tornillo y canales puede ser tan grueso como una pulgada.

     Los principales fabricantes de transportadores de tornillo son miembros activos de CEMA y se pueden encontrar en https://cemanet.org/ . Puede ponerse en contacto con CEMA para obtener información si no está familiarizado con un determinado fabricante. Además, consulte el sitio web de la empresa individual o póngase en contacto directamente con la empresa para analizar las capacidades y los programas de calidad.

En Bega Helicoidales agregamos valor para el cliente

Los transportadores helicoidales son una parte importante de las operaciones de nuestros clientes. Si un transportador de tornillo falla continuamente o requiere un mantenimiento excesivo, entonces el cliente no está produciendo eficientemente el producto. Tener un conocimiento básico del diseño del transportador de tornillo junto con comprender la aplicación nos ayuda a resolver el problema del cliente.

Por ejemplo, un cliente transporta coque de petróleo y reemplaza los tornillos helicoidal cada tres meses. El código de clasificación de material CEMA para el coque de petróleo es 30D737N. El código indica que el coque de petróleo pesa 30 libras. por pie cúbico, tiene un tamaño de bulto grande, fluidez promedio, es extremadamente abrasivo y puede ser explosivo. Los tornillos helicoidales se desgastan prematuramente porque el coque de petróleo es extremadamente abrasivo. Como valor agregado, podemos ofrecer tornillos sinfin construidos con materiales resistentes a la abrasión o los tramos de los tornillos helicoidales se pueden recubrir con un material de recubrimiento resistente para soldar.

La imagen de la derecha muestra un transportador de tornillo con revestimiento duro soldado en el tornillo y las superficies internas de la carcasa. 

Refacciones de Transportador Helicoidal para manejo de polvos abrasivos

Los transportadores de tornillo sin fin suelen ser una forma rentable de transportar materiales a granel, pero pueden resultar muy costosos si paran sus operaciones. El costo de no producir el producto supera con creces el costo de un transportador de tornillo sin fin. Por eso, es importante tener transportadores de tornillo y otros equipos de manipulación de materiales a granel diseñados para satisfacer sus necesidades y aplicaciones.

Se cometen muchos errores comunes al transportar materiales a granel que pueden resolverse con experiencia en la aplicación. Por ejemplo, puede estar procesando y transportando un producto abrasivo como biosólidos secos y reemplazando tornillos cada tres meses. El costo del mantenimiento continuo y el tiempo de inactividad supera con creces el costo de reemplazar los componentes del transportador de tornillo sin fin. Como valor añadido, los tornillos de repuesto se pueden fabricar con materiales resistentes a la abrasión o las guías y el canal de los tornillos se pueden revestir con baldosas de cerámica (ver foto en la página 18). Los nuevos componentes de reemplazo extenderán la vida útil del transportador de tornillo hasta 10 años.

Otro ejemplo podría ocurrir en una planta de procesamiento químico. Muchos productos químicos emiten vapores peligrosos o tóxicos cuando se procesan y transportan. Contener los vapores tóxicos es importante para la salud y la seguridad del personal de la planta porque los vapores podrían encenderse y causar una explosión o crear riesgos para la salud. Los transportadores de tornillo sin fin pueden diseñarse para ser completamente herméticos al vapor y también para manejar la presión interna. El tornillo estaría completamente encerrado en una carcasa tubular o de tubería y los sellos especiales del eje evitarían que los vapores escapen. La construcción completamente soldada también es importante para evitar fugas. La falla no es una opción cuando se manejan materiales peligrosos a granel. El valor agregado del diseño y la construcción adecuados de transportadores de tornillo sinfín para aplicaciones peligrosas se puede calcular en millones de dólares.

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