CINTAS TRANSPORTADORAS

CRITERIOS PARA SU DISEÑO Y TIPOS

Luis Manuel Cabezas Velázquez

Ingeniero de Caminos

ARITEMA, MAQUINARIA TÉCNICA PARA ÁRIDOS, S.A.L.

Madrid, a 2 de marzo de 2009

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CINTAS TRANSPORTADORAS

CRITERIOS PARA SU DISEÑO Y TIPOS

Foto nº 1 a y 1 b: Cintas en gravera, líneas de naturales y triturados

1.- INTRODUCCIÓN.-

1.1.- IMPORTANCIA DE LAS CINTAS TRANSPORTADORAS.-

Centrándonos en las instalaciones de tratamiento de áridos, se puede decir que las

cintas transportadoras constituyen unas de las máquinas que menos reconocimiento técnico y

económico reciben por el proyectista y comprador de este tipo de plantas. Seguramente es

debido a diferentes causas, que enumeramos a continuación:

en el diseño de la instalación se hace más hincapié en las máquinas de trituración,

cribado, lavado, etc., que en las cintas,

las cintas no constituyen una tecnología punta,

los componentes son fácilmente adquiribles,

para su fabricación aparentemente no se necesita un utillaje especial,

la reparación y mantenimiento no exigen una mano de obra excesivamente

cualificada.

Sin embargo, las cintas transportadoras ocupan un lugar mucho más importante del que

actualmente están teniendo en la mayor parte de las plantas, por los siguientes motivos:

constituyen una máquina más en la planta cuya avería genera la paralización total,

en graveras y canteras, y con mayor motivo en las instalaciones de transporte,

tienen un peso cualitativo y cuantitativo significativo,

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son unas máquinas con un índice de siniestralidad considerable,

su importancia en los stocks finales puede ser estratégica tanto desde el punto de

vista técnico como de rentabilidad económica del movimiento de materiales.

1.2.- PESO ESPECÍFICO CUALITATIVO Y CUANTITATIVO DE LAS CINTAS

TRANSPORTADORAS.-

Es muy variable y viene determinado por múltiples parámetros:

si se trata de una gravera o una cantera,

volumen de producción de la planta,

sistemas de almacenamiento de los productos: tolvas, stocks intermedios, stocks al

suelo, etc.

Vamos a analizar el ejemplo dibujado en el croquis nº 1 que corresponde a la foto nº 1.

Se trata de una gravera de 300 T/h para procesar canto rodado silíceo en forma de zahorra

natural, obteniendo los siguientes productos con destino a hormigones hidráulicos:

0/5, 5/20 y 20/40: mezcla de natural y triturado,

20/40: zahorra artificial.

Realizamos un pequeño resumen de la instalación, indicando el número de cintas

transportadoras, otras máquinas y su porcentaje de inversión respecto al total:

MÁQUINA CANTIDAD % EN LA INVERSIÓN TOTAL

Cintas transportadoras 12 35

Otras: - Tolvas: 2 - Cribas de naturales: 2 - Cribas de triturados: 1 - Molino secundario: 1 - Grupo de hidrociclonado: 1 - Decantador: 1

8 65

TOTAL 20 100

Como se puede comprobar no debe despreciarse la importancia de las cintas

transportadoras dentro de la instalación.

El porcentaje de las cintas sobre la inversión total puede oscilar entre el 20/25% para

las canteras con mayor peso específico de maquinaria y trituración y almacenaje sobre tolva, y

hasta el 45/50% para las graveras con mayor entidad de cintas.

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2.- TIPOS DE CINTAS TRANSPORTADORAS.-

Aunque no existe una clasificación sistemática de las cintas transportadoras, sí puede

establecerse una denominación atendiendo a su sistema de apoyo y a determinadas

aplicaciones especiales.

Por su sistema de apoyo:

cintas fijas,

cintas semifijas,

cintas móviles sobre rodajes.

Como aplicaciones especiales:

cintas giratorias (stakers)

cintas ripables,

cintas con tripper,

cintas elevadoras flexowell,

cintas de sección tubular,

cintas para tuneladoras,

cintas con curvatura cóncava o convexa,

cintas reversibles,

cintas desplazables,

cintas atirantadas,

cintas con inclinación variable,

cintas con curvas horizontales.

En los croquis nº 2A y 2B se describen algunas tipologías de estas cintas.

2.1.- CINTAS FIJAS.-

Las cintas fijas son las que permanecen durante mucho tiempo en posición invariable,

con apoyos fijos, normalmente de hormigón, que están enterrados en el suelo y no cambian de

posición.

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Foto 2 a: cinta fija de 96 m x 1.200 mm –

vista delantera

Foto 2 b: cinta fija de 96 m x 1.200 mm –

vista trasera.

2.2.- CINTAS SEMIFIJAS.-

Las cintas fijas que son trasladadas con cierta frecuencia suelen tener dados

prefabricados de hormigón, que permiten su apoyo directamente sobre el terreno y pueden

transportarse conjuntamente con la máquina para su rápido montaje posterior. Deben cumplir

determinados requisitos específicos:

ser fácilmente montables y desmontables, con articulaciones en el bastidor para su

plegado,

unión de los pies con bulonado,

luces entre apoyos no muy reducidas, para disminuir coste de cimentaciones,

moduladas para permitir ampliaciones o reducciones de longitud.

2.3.- CINTAS MÓVILES SOBRE RODAJES.-

Presentan la particularidad de tener un tren de rodaje delantero que permite su arrastre

tirando de la cola trasera.

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Existen cintas muy ligeras construidas en perfiles tubulares y cintas pesadas con

perfiles de acero laminado en caliente. El campo de aplicación de estas cintas está entre los

8/10 m y los 30/32 m.

Normalmente estas cintas pueden modificar su inclinación mediante cilindros hidráulicos

que levantan el bastidor de la cinta apoyándose en la estructura metálica que soporta el tren de

neumáticos.

2.4.- CINTAS GIRATORIAS.-

Constituyen una variante de las cintas

móviles sobre neumáticos, donde el tren de

rodaje se coloca perpendicularmente al eje de

la cinta para describir un círculo respecto al

punto trasero, en donde se encuentra anclada

la cola de la cinta.

Sirven para efectuar acopios en forma

circular con un elevado volumen de almacenaje.

Foto 3 a: cinta giratoria – vista general

Foto 3 b: cinta giratoria – punto de giro trasero

Foto 3 c: cinta giratoria – tren de rodaje con su

motorización

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Foto 4 a: cinta de alimentación a staker Foto 4 b: staker – zona delantera

Foto 4 c: staker – tren de rodaje Foto 4 d: cabeza de staker

Foto 5: cinta giratoria a la salida de grupos de

hidrociclonado

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En el croquis nº 3 se dibujan los acopios de determinadas longitudes de cintas giratorias

a 18º de inclinación y con ángulos de giro de 120 y 180º (coeficiente de rozamiento interno del

material de 40º)

Cuando se requieran grandes acopios se intercala una cinta fija antes de la cinta

giratoria para permitir un giro elevado de la máquina móvil (fotos 4 a, 4 b, 4 c y 4 d) o cuando

sea necesario recoger el producto de varias máquinas y luego hacer el acopio en cinta giratoria

(foto 5)

2.5.- CINTAS RIPABLES.-

El término ripable proviene del verbo inglés to ripple que significa “rizar, ondear la

superficie”. Son, por lo tanto, cintas que tratan de adaptarse a un terreno suave siguiendo el

trazado de su perfil longitudinal. Constan de los siguientes elementos:

elemento de cabeza con su accionamiento motorizado,

elemento de cola con el sistema de tensión, elementos intermedios que van

directamente sobre el terreno sobre patines, pueden ser independientes, de 2 ó 3 m

de longitud con una separación de 1 m, o estar todos unidos mediante largueros

atornillados.

Estas cintas, que se usan en longitudes de transporte elevadas pero pueden utilizarse

para cualquier distancia, presentan las siguientes ventajas:

los tramos de cabeza y cola para potencias pequeñas necesitan solamente un ligero

anclaje o lastre,

los tramos intermedios no necesitan cimentación,

las cintas se adaptan al perfil longitudinal del terreno si es suave, e incluso admite

ciertos vados de curvatura transversal,

Foto 6 a: cabeza de cinta ripable

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se pueden ampliar o acortar

fácilmente,

el bastidor es más barato que

el de una cinta convencional.

2.6.- CINTAS CON TRIPPER.-

Son cintas horizontales colocadas a una altura elevada y que llevan un carro

desplazable motorizado que puede recorrer la cinta en toda su longitud, realizando el vertido

del material de la cinta en el punto donde se sitúa el carro.

Este sistema de descarga se usa para la formación de parques de materiales (arena,

carbón, fertilizantes, etc.)

El tripper tiene un tambor motriz, unos tambores de reenvío y una canaleta para

descargar el material en el punto deseado. La canaleta suele tener un by-pass para realizar el

vertido a la izquierda o a la derecha de la cinta. En sustitución de la canaleta se puede colocar

una cinta transversal reversible, con lo cual el acopio es mayor.

Foto 6 b: cola de cinta ripable

Foto 6 c: apoyos intermedios Foto 6 d: estación de rodillos superiores

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2.7.- CINTAS ELEVADORAS FLEXOWELL.-

Son cintas basadas en el empleo de una banda especial llamada FLEXOWELL. Se trata

de una banda con laterales de hasta 600/700 mm compartimentada con grúa transversal

formando cajones continuos cerrados, equivalen a un elevador de cangilones pero con banda

continua. Tiene un tramo corto horizontal que recibe el material, un tramo vertical largo y otro

tramo horizontal corto en la parte superior de la máquina en donde se realiza el vertido.

Están especialmente indicadas para:

producciones altas,

granulometrías gruesas,

inclinaciones hasta de 90º.

2.8.- CINTAS DE SECCIÓN TUBULAR.-

Inicialmente desarrolladas en Japón, son cintas similares a las convencionales con la

misma cabeza motriz y de tensado, carga y descarga pero que logran que la banda tome la

forma circular utilizando unos rodillos colocados en hexágono. La transición de banda plana a

tubo se consigue con una transición del orden de 25 veces el diámetro del tubo.

Son especialmente útiles porque:

admiten inclinaciones de 30º con bandas lisas,

el material se transporta cerrado sin contaminación ambiental,

permiten radios en el plano horizontal de hasta 50 m y en el plano vertical hasta 30

veces el diámetro del tubo,

se adaptan bien a recorridos largos.

2.9.- CINTAS PARA TUNELADORAS.-

A raíz del desarrollo de las

tuneladoras para obras subterráneas del

metro, carreteras y ferrocarriles, se han

desarrollado aplicaciones específicas de

cintas, que se colocan detrás de la cabeza

de perforación para transportar el material

del frente de explotación hasta el punto

deseado.

Foto 7 a: cinta final de tuneladora

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En general, detrás de la tuneladora se colocan unas vagonetas (BACK-UP) con una

cinta transportadora fija que puede alimentar a una o varias cintas transportadoras sobre

ruedas para circular sobre raíles. Si el túnel es muy largo la cinta sobre back-up alimentará a

una locomotora con sus correspondientes vagones de carga y descarga.

Estas cintas pueden tener

producciones de 800 a 1.000 T/h, deben ir

a velocidades altas, 2’2/2’5 m/seg., y

deben incorporar en cabeza una cinta

transversal para realizar el vertido del

producto de la excavación a un foso

longitudinal colocado a la salida del túnel.

2.10.- OTRAS CINTAS.-

Puesto que las cintas son elementos que se diseñan para cada necesidad concreta,

existen multitud de modificaciones sobre las cintas estándar que permiten cumplir los objetivos

de cada transporte. Vamos a enumerar algunas de ellas:

a) cintas con curvatura cóncava o convexa en el perfil longitudinal, para salvar un

determinado obstáculo,

b) cintas reversibles que permiten que la banda circule en una dirección o en la

contraria,

c) cintas desplazables que se mueven sobre raíles con un sistema motorizado,

d) cintas con voladizos atirantados para eliminar los pies de apoyo bajo la cabeza de la

cinta, dejando libre el espacio correspondiente,

e) cintas con inclinación variable. Estas cintas pueden ser hidráulicas, atirantadas con

una rótula de giro en el punto trasero, etc.; tiene por objeto hacer acopios a distintas

alturas para evitar la rotura del material por caída, la segregación del material, etc.

f) cintas de gran longitud con curvas horizontales, cuyas estaciones superiores e

inferiores basculan en torno a un pivote de giro superior.

Foto 7 b: alimentador transversal sobre back-up

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3.- SOPORTE ESTRUCTURAL DE LAS CINTAS TRANSPORTADORAS.-

3.1.- TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL.-

Considerando la cinta como un elemento lineal recto, la tipología es de un bastidor

continuo o discontinuo, con apoyo trasero, varios intermedios y uno delantero (croquis nº 4)

Este elemento lineal, cuando es completamente rígido, tiene tratamiento tipológico de

viga continua hiperestática con apoyos dotados de una articulación (croquis nº 4 B)

Si se prevén asientos en el terreno o por otro tipo de condicionantes, puede disponerse

de una tipología de viga biapoyada entre vanos (croquis nº 4 C)

El máximo aprovechamiento estructural se consigue con viga continua, ya que los

momentos flectores en los centros del vano son parcialmente absorbidos en los apoyos

intermedios.

3.2.- TIPOS DE BASTIDORES.-

Existen numerosos diseños de bastidores y cada uno de ellos tiene unas aplicaciones

específicas. Vamos a enumerarlos indicando su utilización más idónea (ver croquis nº 5)

a) Bastidor en UPN.-

Construido en perfil de acero laminado en caliente con dos largueros longitudinales en

UPN. Este diseño se utiliza para:

cintas cortas y alimentadores de banda,

cintas largas con apoyos próximos o bastidor junto al suelo,

necesidad de poca exigencia de altura de bastidor (poco espacio bajo una máquina)

b) Bastidor en chapa plegada abierta.-

Están construidos básicamente por dos laterales de chapa unidos transversalmente

mediante riostras atornilladas.

El diseño facilita la fabricación de los laterales mediante plegado. Tienen poca

resistencia, ya que se trata de chapas de poco espesor (3 mm) que están sometidas a los

fenómenos de abolladura local por esfuerzo de compresión.

c) Bastidor en chapa plegada cerrada.-

Tiene forma de U invertida que se construye en chapa plegada de 3 ó 4 mm de espesor.

Como refuerzo puede incorporar angulares soldados en las zonas de posible abolladura.

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Son más difíciles de construir que las anteriores y presentan un mayor peso por metro

lineal. Al igual que todas las cintas construidas en chapa, tienen una superficie de

exposición a la oxidación importante y no están aconsejadas en ambientes marinos o

corrosivos.

d) Bastidor en celosía tubular ligera.-

Están construidos en perfil de acero laminado en frío, con tubo circular o tubo de

sección cuadrada. Son cintas manejables por su peso reducido, pero para trabajos duros

de cantera o gravera son excesivamente simples y poco robustas.

e) Bastidor en celosía pesada.-

Se fabrican con perfil de acero laminado en caliente (angulares, UPN, etc.) Tienen una

gran durabilidad, resisten ambientes agresivos, se pueden diseñar para grandes luces,

presentan menor resistencia al viento que las cintas de chapa plegada, etc.

f) Otros tipos de bastidores.-

Soluciones mixtas en chapa plegada y celosía.

Bastidores para cintas ripables (UPN o tubulares con pies cortos sobre patines)

Bastidores en aluminio para aligerar el peso propio.

3.3.- RESISTENCIA DE LOS BASTIDORES MÁS USUALES.-

A título informativo en el croquis nº 6 se representan una serie de secciones de cintas

transportadoras incluyendo los siguientes datos:

sección tipo,

altura del bastidor en mm,

peso por metro lineal de la estructura sin incluir estaciones, rodillos ni bandas, en

Kg/m,

momento resistente del conjunto de la estructura, en cm³.

Como puede comprobarse, desde el punto de vista resistente la relación peso/momento

resistente es más favorable para las cintas de celosía.

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4.- ACCIONES SOBRE LAS CINTAS TRANSPORTADORAS Y SU CÁLCULO

ESTRUCTURAL.-

Como cualquier estructura metálica, el bastidor de una cinta transportadora está sujeto

a la normativa vigente EA-95, EA-88, etc. y por lo tanto las cargas, coeficientes de seguridad,

tensiones admisibles, etc. deben ajustarse a dicha normativa.

En los apartados siguientes se resaltan algunas características particulares de las

cintas.

4.1.- ACCIONES.-

Deben considerarse:

peso propio de la estructura metálica incluyendo pasarela y su desplazamiento

lateral de carga sobre la cinta,

peso propio de los elementos mecánicos y calderería especial: rodillos, estaciones,

banda, canaleta en cabeza, guía de carga, etc.

peso propio de los tambores y la transmisión,

sobrecarga de uso debido al peso máximo del material que puede llevar la cinta,

sobrecarga de mantenimiento del personal en la pasarela, cabeza, etc.

sobrecarga del viento,

sobrecarga sísmica y nieve, si existiese

En el croquis nº 7 se modelizan las acciones sobre una cinta y su ubicación.

4.2.- CÁLCULO ESTRUCTURAL.-

Si la cinta tiene un bastidor de alma llena, sea perfil simple o compuesto, todas las

cargas se aplicarán a lo largo del bastidor de forma continua o puntual. Su cálculo se realiza

como una viga continua sobre apoyos articulados con pies verticales articulados o empotrados

en el suelo, sometida a las acciones previstas.

Si la estructura de la cinta es una celosía, pueden transmitirse las cargas a los nudos.

Es una simplificación que se corresponde con la realidad, ya que normalmente las estaciones

cargan sobre los nudos superiores y las pasarelas sobre los nudos inferiores de la celosía

horizontal. En el croquis nº 8 se modeliza una estructura de celosía articulada de una cinta.

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El viento es de vital importancia en el cálculo de la estructura metálica y de las

cimentaciones, por tratarse de una máquina muy esbelta, topográficamente al aire libre y en

situación de “expuesta”.

4.3.- CÁLCULO DE CIMENTACIONES POR VIENTO.-

Al ser las cintas transportadoras estructuras muy esbeltas, el diseño crítico de la

cimentación pasa por estudiar el coeficiente de seguridad al vuelco transversal.

No deben considerarse coeficientes de estabilidad inferiores a 1’3, sin considerar la

resistencia pasiva del terreno y según la fórmula indicada en el croquis nº 9.

En un cálculo modelizado por ordenador (ARTEC, CYPECAD, etc.) se obtienen las

acciones sobre las cimentaciones directamente. Como cálculo simplificado aproximado y

rápido, la cinta puede asimilarse a una viga continua con apoyos intermedios y empuje

horizontal del viento.

5.- DETALLES CONSTRUCTIVOS DE LAS CINTAS TRANSPORTADORAS.-

Existe una serie de detalles constructivos de las cintas transportadoras que son

imprescindibles para el correcto funcionamiento y para facilitar su uso y mantenimiento (croquis

nº 10) Vamos a enumerar los más importantes, dejando para el siguiente apartado el tema

específico de la seguridad.

5.1.- BASTIDORES.-

Deben estar modulados y compuestos por tramos independientes de cabeza y cola para

facilitar la ampliación o reducción de longitudes.

El sistema de fijación entre tramos tiene que garantizar la continuidad estructural

resistente.

Los bastidores tienen que constituir un conjunto especial arriostrado en todas las

direcciones según las cargas que reciben.

Para longitudes pequeñas, menores de 30/34 m, puede dotarse a la cinta con una o dos

articulaciones que permitan su plegado, al objeto de:

que la cinta pueda salir del taller montada, incluso con la banda,

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reducir la longitud de transporte,

facilitar el montaje en su destino.

5.2.- PASARELA DE VISITA.-

Es requisito fundamental para el mantenimiento y la seguridad de utilización de la

máquina, y debe incluir, como mínimo:

pasarela en un lado o en ambos, dependiendo de la importancia de la cinta,

barandilla rígida de 1.100 mm de altura con travesaño intermedio,

ancho de pasillo igual o superior a 600 mm con dos rodapiés de 150 mm,

piso antideslizante,

plataforma bordeando la cabeza.

5.3.- ELEMENTOS MECÁNICOS.-

Indicamos unos condicionantes mínimos:

potencia instalada que permita arrancar en carga la cinta, venciendo los rozamientos

estáticos de los rodillos,

estaciones superiores en artesa a 30º, regulables transversalmente para el centrado

de la banda, extremos avanzados para el autocentrado, separación 1 m (según

flecha de la banda por la carga del material)

soportes de rodamientos tipo SN,

estaciones concentradas en zona de carga,

estaciones autocentrantes superiores e inferiores cada 30 m,

transmisión mediante motor-reductor calado en el eje o motor y reductor separados

utilizando una transmisión por poleas y correas,

reductor sobredimensionado respecto a la potencia nominal del motor,

tambores en chapa, mecanizados con conicidad para el autocentrado. Tambor

motriz recauchutado ranurado en caliente,

rodillos con estanqueidad en el eje mediante retenes de doble labio con laberinto,

arrancadores electrónicos con par mantenido para potencias superiores a 40 ó 50 cv

(30 ó 37 kw)

rascador en cabeza actuando en el sentido contrario al movimiento de la banda y

con sistemas de regulación de presión,

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rascador tipo V en cola para las cintas en celosía o aquéllas que puedan recibir

piedras en el ramal de retorno,

sistemas de tensión sencillos para las cintas cortas (husillos) o por contrapeso

automático accionando un carro tensor en cola (no aconsejamos los tambores de

reenvío)

baberos de las guías de carga de fácil sustitución, fijación mediante sistema de

presión.

En los croquis nº 11 A y 11 B se esquematizan algunos detalles indicados en este

apartado.

6.- LA SEGURIDAD EN LAS CINTAS TRANSPORTADORAS.-

La seguridad en el diseño y fabricación de las cintas transportadoras es totalmente

prioritaria en la previsión de accidentes laborales de las graveras y canteras. Estas máquinas

por sus características generales tienen un índice de siniestralidad elevado, aunque mortal en

pocas circunstancias.

Vamos a enumerar una serie de características relativas a la seguridad no

contempladas en el apartado anterior:

pasarela en un lateral con rodapié de 150 mm de altura en ambos lados de la misma

y un ancho de paso de 600 mm, con piso en rejilla galvanizada antideslizante (ver

foto 8)

pasarela alrededor de la cabeza (foto 9)

peldaños de la escalera en rejilla galvanizada,

cierre del lateral de la cinta con rejilla para evitar que la persona que circule por el

pasillo se enganche con un elemento móvil (rodillos, banda, etc.) (foto 10)

cierre de la parte inferior de la cinta en los laterales y fondo hasta 2’7 m de altura

(foto 11)

protección del tambor trasero inferior, superior y laterales (foto 11)

protección anticaída de los rodillos inferiores (foto 12)

protección total del tambor delantero con compuerta de inspección (foto 13)

transmisión de la cinta sin acceso a partes móviles (foto 14)

protección de los soportes de rodamiento y ejes de tambores (foto 15)

paradas de emergencia con cable rodeando toda la pasarela en cabeza y cola,

hasta 2’7 m de altura del suelo (foto 16)

controlador de rotación, desvíos de banda, etc.

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Foto 8: pasarela en un lateral con rejilla Foto 9: pasarela perimetral en la cabeza

Foto 10: cierre del lateral en la zona del pasillo Foto 11: protecciones laterales y protecciones

en tambores traseros

Foto 12: protección anticaída de los rodillos

inferiores

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Foto 13: protección del tambor motriz

Foto 15: protección de partes móviles

Foto 16: cambio de dirección de la parada de

emergencia

Foto 14: transmisión de la cinta

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7.- CONCLUSIONES.-

Aunque las cintas transportadoras sean las “hermanas pobres” de la maquinaria de

tratamiento de áridos deben tener, por su importancia cuantitativa, cualitativa y desde el punto

de vista de prevención de riesgos laborales, una mayor consideración.

En este sentido, a pesar de que los tiempos económicos en que nos encontramos no

acompañen, debemos sugerir que las inversiones en nuevas cintas transportadoras sean

generosas y que se opte por sustituir poco a poco toda la maquinaria obsoleta que se

encuentra en numerosas instalaciones de áridos.