UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN

FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA

FACULTAD DE TECNOLOGÍA

DISEÑO Y CALCULO DE UN FILTRO DE MANGAS

CARRERA : INGENIERÍA MECÁNICA

MATERIA : ELEVACION Y TRANSPORTE

DOCENTE : ING. FERNANDO TORREZ

UNIVERSITARIO : ZARATE LOPEZ JAIME

FECHA : 29/11/2008

Sucre – Bolivia

2008

DISEÑO Y CALCULO DE UN FILTRO DE MANGAS

1 MARCO REFERENCIAL DEL PROYECTO

La captación y depuración de partículas presenta una problemática muy diversa en

los distintos procesos industriales que generan emisiones a la atmósfera. La

recuperación de productos en polvo del gas de descarga es vital para cualquier

industria para evitar los problemas de polución o aumentar el rendimiento de la

planta

Los filtros de mangas son uno de los equipos más representativos de la separación

sólido-gas mediante un medio poroso: aparecen en todos aquellos procesos en los

que sea necesaria la eliminación de partículas sólidas de una corriente gaseosa.

Eliminan las partículas sólidas que arrastra una corriente gaseosa haciéndola pasar a

través de un tejido.

La eliminación de polvo o de las pequeñas gotas que arrastra un gas puede ser

necesaria bien por motivos de contaminación, para acondicionar las características

de un gas a las tolerables para su vertido a la atmósfera, bien como necesidad de

un proceso para depurar una corriente gaseosa intermedia en un proceso de

fabricación. En ocasiones el condicionante de la separación será un factor de

seguridad, ya que algunos productos en estado de partículas muy finas forman

mezclas explosivas con el aire.

Los filtros de mangas son capaces de recoger altas cargas de partículas resultantes

de procesos industriales de muy diversos sectores, tales como: cemento, yeso,

cerámica, caucho, química, petroquímica, siderúrgica, automovilística, cal, minera,

amianto, aluminio, hierro, coque, silicatos, almidón, carbón, anilina, fibras de granos,

etc.

La recogida de polvo o eliminación de partículas dispersas en gases se efectúa para

finalidades tan diversas como:

• Control de la contaminación del aire.

• Reducción del coste de mantenimiento de los equipos.

• Eliminación de peligros para la salud o para la seguridad.

• Mejora de la calidad del producto.

• Recuperación de productos valiosos.

• Recogida de productos en polvo.

La contaminación del medio ambiente por las empresas cementeras o por otras

clases de empresas que generan polvo es un problema que se sufre a diario. Los

efectos que traen dicha contaminación son, la escasa forestación, tierras no atas

para el cultivo, la no existencia de pastizales; convirtiéndoles a estos lugares

cercanos a las fabrica en un desierto, y en la no existencia de animales que son los

mas perjudicados.

A demás se ha determinado que la contaminación de partículas es un agente

potencialmente nocivo a la salud de las personas.

Para dar solución a esta clase de contaminaciones dadas por las empresas

cementeras o por otras clases de empresas que generan polvo se trata de utilizar

filtros que retengan el polvo contaminante y que se trate de expulsar al medio

ambiente un aire lo más puro posible.

Este polvo es ocasionado por la molienda de las materias ya sean primas o del

clínker o de cualquier otra materia que genere polvo.

2 OBJETIVOS DEL PROYECTO

De acuerdo al marco referencial anteriormente expuesto, este proyecto persigue los

siguientes objetivos.

Objetivos generales

► Evitar la contaminación del medio ambiente

► Recuperación de material.

► diseñar y seleccionar los mecanismos del filtro de mangas.

► Aplicar todos los conocimientos teóricos y prácticos, para concretarlos en este

proyecto.

2.2 Objetivo específico

Diseño, cálculo y elaboración de planos de un filtro de mangas.

3. JUSTIFICACIÓN

En la actualidad la contaminación del medio ambiente es uno de los grades

problemas que afronta nuestro planeta tierra.

Justamente este problema hace que se lancen proyectos para combatir la

contaminación de nuestro medio ambiente.

La mayoría de los procesos industriales generan polvo. Este polvo puede quitarse

lucrativamente para la disminución de la contaminación y propósitos de recuperación

de material.

Se justifica la elaboración del proyecto por que con la utilización de filtros de mangas

estamos evitando la contaminación del medio ambiente y a demás se tratara de

mejorar el sistema de vivencia ya sea vegetal como humano.

La mayoría de los procesos industriales generan polvo. Este polvo puede quitarse

lucrativamente para la disminución de la contaminación y propósitos de recuperación

de material.

4. VENTAJAS, APLICACIONES Y CARACTERISTICAS DE LOS FILTROS DE

MANGAS

Construcción robusta.

Mangas de 1200 a 3600 mm de longitud.

Equipos de 9 a 144 mangas.

Acceso a inspección y recambio de mangas desde la zona de aire limpio.

Escaleras marineras de acceso y barandas de protección.

Alta confiabilidad en servicio continúo.

Sistema de limpieza Pulse Jet con controlador programable marca INFESA modelo

CP-1.0, que administra con máxima eficiencia el consumo de aire comprimido.

Amplio rango de aplicación

Aptos para altas cargas de polvo.

Amplia variedad de medios filtrantes de acuerdo a la aplicación del equipo.

Tolva de descarga con 60º de pendiente.

Aptos para un amplio rango de aplicaciones en industrias tales como:

Gabinetes Standard preparados para una presión máxima de trabajo de 500 mm c.a.

positiva o negativa.

Construcciones especiales ha pedido:

► Gabinetes reforzados para mayores presiones.

► Equipos de acero inoxidable.

► Cámaras de aire limpio walk-in plenum.

► Configuración bin-vent apta para montaje sobre silos.

► Plataformas de mantenimiento.

5 FUNCIONAMINETO GENERAL DEL FITREO DE MANGAS

El filtro de mangas de pulso de aire se compone de una gran caja donde se separan

dos ambientes mediante un tabique horizontal denominado espejo o

tubesheet. El ambiente debajo del tabique se denomina cámara sucia y el ambiente

por encima cámara limpia. Sobre el tabique se montan en forma vertical numerosos

cilindros construidos por un tejido especial denominados mangas. Los gases de

emisión ingresan a la caja a una velocidad reducida por la cámara sucia debiendo

atravesar las mangas para alcanzar la cámara limpia.

Las partículas de polvo son separadas de los gases al atravesar las mangas y

posteriormente eliminadas mediante pulsos de aire comprimido. Finalmente el gas

limpio sale por una chimenea hacia el ambiente.

La separación del sólido se efectúa haciendo pasar el aire con partículas en

suspensión mediante un ventilador, a través de la tela que forma la bolsa, de esa

forma las partículas quedan retenidas entre los intersticios de la tela formando una

torta filtrante. De esta manera la torta va engrosando con lo que aumenta la pérdida

de carga del sistema. Para evitar que el caudal disminuya se procede a efectuar una

limpieza periódica de las mangas.

Los filtros de mangas constan de una serie de bolsas con forma de mangas,

normalmente de fibra sintética o natural, colocadas en unos soportes para darles

consistencia y encerrados en una carcasa de forma y dimensiones muy similares a

las de una casa. El gas sucio, al entrar al equipo, fluye por el espacio que está

debajo de la placa a la que se encuentran sujetas las mangas y hacia arriba para

introducirse en las mangas. A continuación el gas fluye hacia afuera de las mangas

dejando atrás los sólidos. El gas limpio fluye por el espacio exterior de los sacos y se

lleva por una serie de conductos hacia la chimenea de escape.

Contienen además una serie de paneles para redireccionar el aire, dispositivos para

la limpieza de las mangas y una tolva para recoger las partículas captadas.

6 CARACTERITICAS PRINCIPALES DE LOS FILTROS DE MANGAS

La característica principal que diferencia unos tipos de filtros de mangas de otros es

la forma en que se lleve a cabo su limpieza. Esto además condiciona que los filtros

sean continuos o discontinuos.

-Continuos: la limpieza se realiza sin que cese el paso del aire por el filtro

- Discontinuos: es necesario aislar temporalmente la bolsa de la corriente de aire.

Según este criterio, se tienen tres tipos principales de filtros de mangas:

► Por sacudida: se realiza cuando existe la posibilidad de suspender el servicio del

filtro durante un corto periodo de tiempo. Por tanto, exige un funcionamiento

discontinuo con un ciclo de filtración y otro de limpieza. El tipo más barato y sencillo

consiste en un cierto número de bolsas reunidas en el interior de una carcasa.

Funciona con una velocidad aproximada de 0,01 m/s a través de la bolsa filtrante. La

limpieza se puede llevar a cabo manualmente para unidades pequeñas.

► Existe también una versión más complicada y robusta que incluye un mecanismo

automático de agitación para la limpieza de las telas que puede funcionar por

métodos mecánicos, vibratorios o de pulsación. Las bolsas están sujetas a un

soporte mecánico conectado a un sistema capaz de emitir sacudidas o vibraciones

mediante un motor eléctrico. Al ser el tejido más grueso, se pueden utilizar

velocidades frontales más elevadas, de hasta 0,02 m/s, y permite el funcionamiento

en condiciones más severas que las admisibles en el caso anterior.

► Por sacudida y aire inverso: se emplea para conseguir un funcionamiento en

continuo, para ello los elementos filtrantes deben encontrarse distribuidos entre dos o

más cámaras independientes, cada una de las cuales dispone de su propio sistema

de sacudida y de una entrada de aire limpio. El aire entra en las mangas en sentido

contrario por medio de un ventilador que fuerza el flujo, de fuera a dentro, lo que

favorece la separación de la torta.

► Por aire inverso: existen muchos dispositivos diferentes pero el mecanismo

habitual de limpieza consiste en la introducción, en contracorriente y durante un

breve periodo de tiempo de un chorro de aire a alta presión mediante una tobera

conectada a una red de aire comprimido. La velocidad frontal alcanza

aproximadamente 0,05 m/s y es posible tratar altas concentraciones de polvo con

elevadas eficacias. Mediante este tipo de filtro se pueden tratar mezclas de difícil

separación en una unidad compacta y económica. Este mecanismo de limpieza se

denomina también de chorros pulsantes o 'jet pulse' y es más eficaz que las

anteriores.

► La limpieza se efectúa mediante impulsos de aire comprimido a través de un

programador de ciclos con variación regulable de tiempo y pausa.

Para una correcta efectividad en un sistema de filtración de polvo hay que tener en

cuenta las características del polvo a tratar, grado de humedad, temperatura, espacio

disponible y otros factores específicos.

EMISON, siempre en la vanguardia de las nuevas tecnologías de depuración de

gases dispone de un buen equipo de técnicos especialistas, con amplia experiencia

en este campo, que han desarrollado un amplio programa de equipos de filtración de

polvo de alta calidad, pensados para cubrir todas las necesidades del mercado con la

garantía y nivel de exigencia del futuro.

La característica fundamental de nuestro programa de filtros es su alto rendimiento y

su facilidad de manutención. Toda la manipulación de los elementos se efectúa en la

cámara de zona limpia, sin tener que entrar dentro del filtro en contacto con el polvo.

Un estudiado diseño permite su configuración modular pudiendo variar su capacidad

en anchura y altura, consiguiendo la máxima superficie filtrante en el mínimo espacio.

Su construcción es robusta y compacta.

La elección del tejido filtrante depende del tipo de polvo a retener y el nivel de

emisión deseado.

Existe una gama de tipos y calidades específicas para cada caso, que permiten

trabajar a temperaturas de hasta 4001C. Para seleccionar el tipo de manga

necesaria se considera:

► Ser resistente química y térmicamente al polvo y al gas

► Que la torta se desprenda fácilmente

► Que la manga recoja el polvo de manera eficiente

► Que sea resistente a la abrasión ocasionada por el polvo el caudal y la velocidad

del gas

El tamaño de las partículas a separar por los filtros de mangas será entre 2 y 30 µm.

Sin embargo, no es usual disponer de medios filtrantes con poros tan pequeños

como para retener las partículas que transporta el gas, debido a que los diámetros de

éstas son extraordinariamente pequeños.

Por tanto la filtración no comienza a efectuarse de manera efectiva hasta que no se

han acumulado una cierta cantidad de partículas sobre la superficie de la bolsa en

forma de torta filtrante.

Así puede decirse que el sistema de filtración que se da en los filtros de mangas es

análogo al de los filtros por torta, donde el medio filtrante actúa únicamente como

soporte de la torta y es ésta la que realiza realmente la operación.

6.1 OPERACIÓN DE FILTRACIÓN:

Una corriente de gas cargado de polvo entra al equipo, choca contra una serie de

paneles y se divide en varias corrientes.

Las partículas más gruesas se depositan directamente en el fondo de la tolva cuando

chocan contra dichos paneles.

Las partículas finas se depositan en la superficie del tejido cuando el gas pasa a

través de la bolsa.

Una vez que el gas ha sido filtrado, éste fluye (ya limpio) a través de la salida y se

descarga a la atmósfera por medio de un ventilador.

6.2 OPERACIÓN DE LIMPIEZA:

Las partículas depositadas en la superficie de la bolsa se sacuden durante un breve

periodo de tiempo por medio de aire comprimido inyectado desde una tobera hacia la

bolsa, o bien de manera mecánica.

El chorro de propulsión actúa periódicamente mediante un controlador automático de

secuencia.

El polvo recogido en el fondo de la tolva se descarga mediante un transportador de

tornillo helicoidal y una válvula rotativa.

La limpieza de las mangas no es completa en ningún caso debido a la dificultad para

desprender la torta en su totalidad y también porque, si se aplicaran procedimientos

más vigorosos de limpieza, el desgaste de las mangas sería mayor y se provocaría

un mayor número de paradas de planta motivadas por el cambio de las mangas.

La eficacia del filtro será baja hasta que se forme sobre la superficie del tejido

filtrante una capa que constituye el medio filtrante para la separación de partículas

finas.

Una vez superada la fase inicial, los filtros de mangas son equipos muy eficientes

(sus eficacias sobrepasan con frecuencia el 99,9%), con lo que su aplicación en la

industria es cada vez mayor.

4 EMISON

c/ Art nº 71 Local EMISON ES 08041 - Barcelona

Telf: Voz: 934 552 314 Fax: 934 368 074

Internet: www.emison.com Mail: braso@emison.com

La limitación más importante que se da en los filtros de mangas es la debida a la

temperatura, ya que se debe tener en cuenta el material del que está constituida la

tela para conocer la temperatura máxima que se puede aplicar.

Así para fibras naturales la temperatura máxima a aplicar es alrededor de 90ºC. Los

mayores avances dentro de este campo se han dado en el desarrollo de telas hechas

a base de vidrio y fibras sintéticas, que han aumentado la temperatura máxima

aplicable hasta rangos de 230 a 260 ºC.

Otros factores que pueden afectar a la operación del filtro de mangas son el punto

de rocío y el contenido de humedad del gas, la distribución del tamaño de las

partículas y su composición química.

6.3 CARACTERISTICAS TECNICAS

7 CONCIDERACIONES GENERALES PARA ELCÁLCULO

Los dos parámetros fundamentales a considerar en el diseño de un filtro de mangas

son la velocidad del gas y la pérdida de carga. La velocidad del gas es bastante

reducida, por lo que se considera flujo laminar

La velocidad a la que los gases pasan por la tela debe ser baja, normalmente entre

0,005 y 0,03 m/s, para evitar una excesiva compactación de la torta de sólidos con la

consiguiente elevación de la pérdida de carga, o para impedir la rotura local del lecho

filtrante que permitiría el paso de partículas grandes a través del filtro.

Para mantener una velocidad aproximadamente constante es evidente que se debe

aumentar la presión a medida que aumenta el espesor de la torta. Para realizar esta

función de aumento de la presión se dispone de un ventilador o una soplante, que se

encargará de impulsar el gas.

Normalmente la resistencia del material filtrante es despreciable en comparación con

la de la torta de modo que el volumen del gas procesado resulta proporcional a la

raíz cuadrada del tiempo de filtración.

A la hora de determinar la capacidad de un filtro de mangas se debe tener en cuenta:

• La cantidad de gas a tratar

• Si se van a disponer varios equipos en paralelo (práctica de extensa aplicación por

su utilidad)

• Si va a haber algún equipo parado durante el proceso (en operación de limpieza,

por ejemplo).

8 CALCULO Y DISEÑO FLUIDODINÁMICO DE UN FILTRO DE MANGAS (TIPO

PULSE JET)

Datos de Entrada

Caudal requerido = 1.52 m3/sg

Concentración = 1.143 g/m3

Temperatura del gas = 60 oC

Diámetro de partícula = 11mm

Tipo de polvo = cemento

Calculo de Velocidad de Filtración

Aplicando ecuación de fabricantes

A = 10 (tipo de polvo, tabla 5.4)

B = 0.9 (aplicación, tabla 5.4)

T = 140 ºF

C = 0.5 g/ft3 (1lb = 7000 granos)

d = 11mm

Vf = (2.878) (10) (0.9) (140-0.2335)(0.5-0.060)

Vf = 8.11ft/min = 2.5 m/min

Calculo del Área Neta de Filtración

An = 36.893 m2

Selección del Tipo de Tela y Dimensión de la Manga

Característica de operación

· Temperatura de operación = 60 C

· Temperatura de rocío = 26 C

Característica cemento

· Alcalino

· Abrasivo

De tabla 5.6 se selecciona

DACRÓN O POLYESTER

· Opera a 250 °F

· Tiene un buen comportamiento para materiales ácidos

· Muy bueno para material abrasivo

Dimensión de manga

Se selecciona una manga de

· D = 120 mm (4.5 in)

· L = 3000 mm (60 in)

Cálculo el Número de Mangas

Amanga = pDL = p (114.3) (1524)

Amanga = 547244 mm2 = 0.5472 m2

Nmangas = 68 mangas

Caída de Presión Estimada

El rango de caída de presión típico está entre 2 y 10 in de H2O. Se desea un

Dp = 4 in de H2O

Parámetros de Operación

· Tiempo de filtración = 60 s (asumido)

· Tiempo de limpieza = 250 ms (seleccionado)

· Presión de pulso = 551.6 Pa (80 psi, seleccionado de acuerdo al tipo de válvula

solenoide que se va a usar)

Cálculo de la Caída de Presión en Función del Tiempo de Filtración

DP = (PE) Dw + KS Vf2Ct

(PE) Dw = 6.08 (8.11)(80) -0.65 = 2.86

Rango de KS (1.2 - 30 o 40 in H2O.ft.min/lb)

Asumir = 7 (1lb = 7000 granos)

DP = 2.86 + [7(8.11)2(0.5/7000)1]

DP = 2.893 in H2O = 727 Pa

Calculo de la Potencia del Compresor Adecuado

Características

· Compresor de succión

· Tipo centrífugo

· Aletas curvadas hacia atrás (de alta eficiencia; h = 0.7)

· Opera en zona de aire limpio (no sufre abrasión)

Análisis del Arreglo de Mangas

El arreglo se selecciona en función del número de mangas que son limpiadas por

cada válvula durante el pulso de aire.

DESARROLLO EXPERIMENTAL (Ejemplo)

Alcance que lleva la Construcción del Prototipo

· La prueba de filtración, es decir la obtención de Ke y Ks

· Eficiencia de colección global

· Eficiencia de recolección promedio en tolva para un tiempo de operación

determinado

· Tiempo de operación del ciclo de filtrado y limpieza

· Comprobación visual del comportamiento de las partículas durante la operación del

filtro.

Características del Prototipo (Ejemplo)

· Material de manga: poliéster (fieltro)

· Dimensiones de manga:

D = 114.3 mm

L = 1524 mm

· El caudal requerido en prototipo

q = 0.02235 m3/sg (47.4 cfm)

· Sistema de limpieza válvula solenoide de ½ in presión de pulso: 80 psi

· Manejado por computadora a través de control electrónico que regula tiempo de

limpieza y tiempo de filtración.

DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA EXPERIMENTAL

Obtención del Caudal por Ventilador

N° de Tomas Velocidad (fpm)

1 680

2 700

3 720

4 680

5 600

PROMEDIO = 676 fpm = 206.098 m/min

AREA = 8659.04 ft2 = 0.00866 m2

CAUDAL = 63 ft3/min = 0.0298 m3/s

qp = 50 cfm real= 1.42 m3/min real

Obtención de Concentración de Entrada:

CONCENTRACIÓN: Es la razón del flujo másico de polvo para el caudal de aire que

ingresa.

t operación

(min) Masa m

(g) Masa T

(g) Masa p

(g)

10 3 14.3 11.30

10 3 14.35 11.35

10 3 14.42 11.42

10 3 14.48 11.48

PROMEDIO = 11.4

C = 1.14/1.42 = 0.8 g/m3= 0.35 gr/ft3

Prueba de Filtración: Obtención de Ke Y Ks

Tiempo filtración

(min) Caída presión

(Pa) Sist. Int.

Densidad

(W) Arrastre

(S)

0 74.652 0 29.55

5 109.490 10.05 43.35

10 134.374 20.10 53.20

15 149.304 30.15 59.11

20 164.234 40.20 65.02

25 199.072 50.25 78.81

30 204.049 60.30 80.78

Gráfico de Formación del Pastel

De acuerdo al gráfico se obtiene

Ke = 35 N-min/m3

Ks = 0.784 N-min/kg-m =4.7 (in H2O.ft .min) / lb

Conjunto de manga, porta manga, canastilla y ventura

Eficiencia Promedio de Recolección en Tolva

Masa 1 Masa 2 ?mi Masa tolva

1881.2 1659.8 187.6 141.1

1800.9 1461 339.9 243.7

1714.8 1266 448.8 298.2

1564.2 1056.4 507.8 322.5

T filtración

(min) Eficiencia

(%) t pulso

(ms) t operación

(min)

0.08 75.21 250 30

0.18 71.70 250 30

0.25 66.45 250 30

0.50 63.50 250 30

Gráfico del Punto de Operación

Prom.= 69.22 %

T óptimo= 0.22 min.

Cálculo de la Caída Real de Presión

P pulso = 551.6 Pa

? W = 2.919 PE

Ks = 0.784

C = 0.8 g/m3

T filtración = 0.22 min

? P = 727.18 Pa

Eficiencia de Colección

Obtención de concentración a la salida

T operación

(min) t filtración

(min) Masa m

(g) Masa T

(g) Masa p

(g)

10 0.22 3.7 4.50 0.80

10 0.22 3.7 4.51 0.81

10 0.22 3.7 4.49 0.79

10 0.22 3.7 4.50 0.80

PROMEDIO = 0.80

C = 0.056 g/m3

8.3.6 Eficiencia

h = 93% TOTAL

8.1 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PARA EL FILTRO DE MANGAS

• Características de filtro diseñado o Número de mangas = 49

• Eficiencia de operación experimental del filtro es 93 % indica una excelente

colección de partículas dentro del mismo que determina por tanto un control

adecuado de emisión de partículas hacia la atmósfera.

• Se recomienda el uso de este tipo de equipo de control durante el proceso de

producción como medio de recuperación y control de emisión de partículas para

cualquier tipo de industria de polvos como por ejemplo: producción de cemento, de

harinas, arenas (canteras), etc.

• En otras empresas que no producen polvos pero que generan partículas como las

acerías (partículas metálicas), papeleras, etc. En las cuales el uso del filtro es

recomendado para el control de emisión de dichas partículas.

9 TRANSPORTADOR HELICOIDAL

Es uno de los instrumentos más antiguamente usados para el manejo de materiales.

Consiste básicamente de un espiral montado en un eje que gira dentro de una artesa

o tubo fijo. El material colocado en la artesa es desplazado a lo largo de ésta debido

a la rotación del helicoide. Los sólidos recogidos son conducidos hasta la tolva de

carga, entrando en la primera zona de escurrido. En esta se separa el agua

contenida y los residuos se conducen a la zona de evacuación de los mismos.

Es compacto y fácilmente adaptable a espacios reducidos, es versátil y puede ser

utilizado para trayectorias horizontales o inclinadas, para controlar el flujo del material

en operaciones de proceso, las cuales dependen de un bacheo preciso, como

mezclador, agitador o para mantener soluciones en suspensión.

El transportador helicoidal puede ser eficazmente sellado para evitar el escape de

polvo o humo del interior; o en contra de la entrada de tierra o humedad del medio

que le rodea. La artesa en ocasiones es enchaquetada para obtener una función de

secador o enfriador. Está disponible en una amplia variedad de materiales para

resistir la corrosión, abrasión o temperaturas extremas.

Las diferentes aplicaciones de un transportador helicoidal provienen, naturalmente,

de dos factores: las características del material a ser transportado y las ventajas

peculiares de operación de este tipo de transportador.

Entre las diferentes ventajas de un transportador helicoidal esta la factibilidad de

colocar diversas cargas y descargas a lo largo de la artesa, cada una fácilmente

provista de una compuerta reguladora. Esta propiedad permite que el transportador

helicoidal pueda recibir y distribuir una gran cantidad de material, así como diferentes

tipos de material a lo largo de su trayectoria.

EN CUANTO A APLICACIONES, PODEMOS DECIR QUE DICHOS EQUIPOS SON

FACTIBLES Y DE CORRECTO FUNCIONAMIENTO EN INSTALACIONES TALES

COMO:

ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS URBANAS.

ESTACIONES DE BOMBEO Y COLECTORES.

ESTACIONES DE RIEGO.

FABRICAS DE PASTA DE PAPEL.

INDUSTRIAS AGRÍCOLAS.

INDUSTRIAS AGRO-ALIMENTARÍAS.

INDUSTRIAS QUÍMICAS.

INSTALACIONES DE INCINERACIÓN.

ETC...

LOS SINFINES TRANSPORTADORES SON LA SOLUCIÓN PARA EL

TRANSPORTE DE PRODUCTOS MUY DIVERSOS:

MATERIALES FANGOSOS, SEMI-FLUIDOS, VISCOSOS, ETC...

PRODUCTOS FIBROSOS, AGLOMERANTES, ETC...

MATERIALES IRREGULARES O QUE TIENDAN A FORMAR

BÓVEDAS, ETC...

Una de las aplicaciones más comunes es descargar material de camiones, silos o

contenedores, para después iniciar su proceso. Estos equipos son empleados en

plantas de almacenamiento de granos, molinos alimenticios, plantas de

procesamiento de cereales y plantas químicas.

LOS SINFINES TRANSPORTADORES, TIENE INCORPORADOS COMO

ESTÁNDAR LOS SIGUIENTES ELEMENTOS:

- PATAS SOPORTE SUELO.

- TAPAS PROTECTORAS SUPERIORES Y MANETAS.

- TOLVA DE CARGA.

- TUBERÍA EVACUACIÓN DE AGUAS.

HELICOIDALES BÁSICOS.HELICOIDALES BÁSICOS.

PASO ESTÁNDAR.

LOS TRANSPORTADORES HELICOIDALES CON PASO IGUAL AL DIÁMETRO

DEL ESPIRAL, SON CONSIDERADOS ESTÁNDAR. SON APROPIADOS PARA

UNA GRAN VARIEDAD DE MATERIALES EN LA MAYORÍA DE LAS

APLICACIONES CONVENCIONALES.

LA DIRECCIÓN DEL PASO ES APLICABLE PARA TODO TIPO DE ESPIRAS, EL

HELICOIDAL PUEDE TENER AMBAS DIRECCIONES EN EL MISMO TUBO,

PERMITIENDO RECIBIR MATERIAL DE LOS EXTREMOS DEL TRANSPORTADOR

Y DESCARGARLO CENTRALMENTE.

Espiral de Paso Doble.

Proporciona en flujo suave y regular del material, así como un movimiento uniforme

en cierto tipo de materiales.

Espiral Tipo Listón.

Excelentes para transportar materiales pegajosos, el área abierta entre el listón y el

tubo elimina la posibilidad de amontonamiento de material.

Generalmente al conjugar un paso derecho con un paso izquierdo al centro del listón,

tomará la función de mezclador.

Espiral Cortado.

Las espiras son recortadas a intervalos regulares por la orilla exterior, permitiendo

así una función de mezcla y agitación del flujo del material. Usado para mover

materiales que tiendan a apelmazarse.

Espiral con Paletas.

Paletas posicionadas entre los espirales del helicoidal para proporcionar una acción

de mezclado suave pero a fondo.

Espiral de Paso Variable.

Los helicoides tienen un paso que se va incrementando, de menor a mayor, y se

utilizan en alimentadores helicoidales para proporcionar una extracción uniforme del

material y de flujo libre a través de la longitud total de la boca de entrada.

CLASIFICACIÓN DE MATERIALESCLASIFICACIÓN DE MATERIALES

DIMENSIONES ESTÁNDAR DE CONDUCTORES HELICOIDALES.DIMENSIONES ESTÁNDAR DE CONDUCTORES HELICOIDALES.

CARACTERÍSTICAS GENERALES:CARACTERÍSTICAS GENERALES:

CANAL.

DE DISEÑO ESPECIAL, CONSTRUCCIÓN EN COMPLETO ACERO INOXIDABLE

CALIDAD AISI 304 O 316, LLEVA INCORPORADOS UNOS PLIEGUES EN LA

PARTE SUPERIOR DE LA MISMA CON LA FINALIDAD DE DAR UBICACIÓN A

LAS TAPAS PROTECTORAS. RODEANDO A LA MISMA, SE INTRODUCEN UNOS

REFUERZOS EN FORMA DE U PARA GARANTIZAR EL CORRECTO

FUNCIONAMIENTO DE DICHO EQUIPO.

BOCA DE CARGA.

DISEÑO Y DIMENSIONES ACORDE CON NECESIDADES, CONSTRUCCIÓN EN

ACERO INOXIDABLE CALIDAD AISI 304 O 316.

TAPAS PROTECTORAS.

UBICACIÓN EN LA PARTE SUPERIOR DE LA CANAL DE TRANSPORTE,

SECCIÓN LONGITUDINAL, ESTAS LLEVAN INCORPORADAS UNA MANETAS

PARA LA EXTRACCIÓN DE LAS MISMAS, CONSTRUCCIÓN EN ACERO

INOXIDABLE CALIDAD AISI 304 O 316.

CAMA TRANSPORTE.

POLIETILENO ANTIDESGASTE HD-1000. DE SECCIÓN CURVA.

PATAS SOPORTE EQUIPO.

SOLDADAS DIRECTAMENTE A LA CANAL DE TRANSPORTE, TANTO LA

DISTRIBUCIÓN, CANTIDAD Y POSICIÓN DE MONTAJE ESTARÁN ACORDE CON

LA IMPLANTACIÓN, CONSTRUCCIÓN EN ACERO INOXIDABLE CALIDAD AISI

304 O 316.

ROSCA HELICOIDAL.

CONSTRUCCIÓN EN ACERO INOXIDABLE CALIDAD AISI 304 O 316, ESTA

TIENE CORRECTAMENTE ACOPLADOS UNOS CEPILLOS SOLDADOS

DIRECTAMENTE A LA MISMA, LOS CUALES TENDRÁN EL DIÁMETRO PRECISO

PARA EFECTUAR LA LIMPIEZA PRECISA DE LA ZONA DE ESCURRIDO

UBICADA EN LA CANAL DE TRANSPORTE.

EQUIPO MOTRIZ.

Compuesto por un grupo motoreductor que mediante una transmisión directa acciona

el eje principal en el cual se halla sujeta la rosca helicoidal. Construido en perfiles

laminados de acero inoxidable calidad AISI 304 o 316.

9.1 DISEÑO DEL TRANSPORTADOR HELICOIDAL.

FLUJO DE TRANSPORTE PARA UN HELICOIDE LLENO.FLUJO DE TRANSPORTE PARA UN HELICOIDE LLENO.

Se evalúa con la siguiente expresión:

knSD

QV

4

602

ADOPCIÓN DEL DIÁMETRO, EL PASO Y EL ÁNGULO DE

INCLINACIÓN: “D“, “S” Y “Ø”

PARA LA ADOPCIÓN DEL DIÁMETRO SE TOMARA EN CUENTA UN ESTÁNDAR

DE DIÁMETROS DE LOS TRANSPORTADORES HELICOIDALES QUE SE

CONSTRUYEN EN LA INDUSTRIA (TABLA 2.1). TENEMOS LOS SIGUIENTES

VALORES NORMALIZADOS PARA D Y S (TAMBIÉN SE PUEDE TOMAR S=D O

S=0.8D).

Tabla 2.1

Diámetro D(mm) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000

Paso S(mm) 100 125 160 200 250 300 350 400 450 500 560

De donde tomaremos el diámetro de:

ADEMÁS SE TOMARÁ EL PASO RECOMENDADO PARA DICHO DIÁMETRO, DE

LA MISMA TABLA:

ADOPCIÓN DE LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL HELICOIDE: “N”

COMO EL MATERIAL A TRANSPORTAR ES UN MATERIAL POLVO, Y POCO

ABRASIVO “CLASE C”, LA VELOCIDAD RECOMENDADA PARA UNA PRIMERA

APROXIMACIÓN VARIA ENTRE 100 Y 50 RPM (TABLA 2.2). REVISANDO OTRA

BIBLIOGRAFÍA, LA TABLA 2.3 NOS DA LA VELOCIDAD SEGÚN EL MATERIAL Y

ADEMÁS EL DIÁMETRO DEL HELICOIDE QUE EN REALIDAD ES UN POCO MÁS

DETALLADA, OBSERVANDO AMBAS TABLAS CONCLUIMOS QUE SE

ADOPTARA UN VALOR MÁXIMO RECOMENDADO DE LA TABLA 2.3.

Tabla 2.2

Tabla 2.3

De donde además obtenemos el coeficiente de llenado de la sección del canal (Tabla

2.3).

*FACTOR MEDIO SEGÚN LA INCLINACIÓN DEL TRANSPORTADOR: “K”

Según la Tabla 2.4 el valor correspondiente para una inclinación del transportador de

30º es:

Tabla 2.4

Reemplazando los valores adoptados y/o encontrados en la hoja de cálculo Diseño

del Helicoide para evaluar la ecuación del flujo de transporte para un helicoide lleno

tenemos:

Potencia de Accionamiento.Potencia de Accionamiento.

Considera un factor experimental denominado coeficiente total de fricción gf .

HfLQ

P ga 360

CAUDAL MÁSICO:

LONGITUD:

La longitud del transportador helicoidal depende del sitio y de las instalaciones

donde trabajará el transportador.

COEFICIENTE TOTAL DE FRICCIÓN:

De la Tabla 2.2 obtenemos que el valor intermedio del coeficiente total de fricción

para las condiciones de diseño planteadas es:

Donde reemplazando los valores encontrados en la hoja de cálculo Diseño del

Helicoide para evaluar la ecuación de la potencia de accionamiento, tenemos:

Que es la potencia necesaria para accionar el helicoide.

Potencia del Motor Eléctrico.Potencia del Motor Eléctrico.

La potencia del motor eléctrico será:

g

a

n

PP

La potencia del motor eléctrico se evaluará para un nivel de trabajo de 3000msnm.

Donde obtenemos:

Con este valor calculado de la potencia del motor requerido recurrimos al catálogo

electrónico de Motores WEG, de donde seleccionamos un motor que se adecue a

las condiciones de trabajo y como existen motores eléctricos con potencias

específicas, seleccionamos uno que se aproxime o supere a la potencia del motor

encontrada anteriormente. Además se seleccionará un motor eléctrico de inducción

tipo jaula de ardilla, porque su costo de adquisición y mantenimiento es bajo. La

potencia del motor seleccionado entonces es:

Mayor información del cálculo, selección y características del motor revisar Motor del

Helicoide que se adjunta en el documento. Con este valor hacemos un pequeño

recalculo para ver si todavía estamos entre margen de valores, para la velocidad de

giro, establecidos como estándares para el material transportado en específico, ya si

no pasamos de esta velocidad de transporte el helicoide ya no funcionará como

transportador si no como mezclador.

Esta velocidad obtenida con la potencia del motor real o de trabajo, todavía está

dentro del margen de velocidades para el material en la Tabla 2.2.

Con esto, se podría decir que queda verificado el buen funcionamiento del helicoide

como transportador ya que la velocidad de giro del helicoide está dentro los

márgenes de velocidades específicas para el material.

Fuerza Axial.Fuerza Axial.

Es el esfuerzo máximo que acciona sobre el helicoide a lo largo del tornillo.

r

aa r

MF

tan

En el cual es el momento torsor producido por la potencia del motor:

n

PM a 55.9

Donde r es el radio en el cual está aplicada la fuerza de fricción de la carga con el

helicoide (distancia entre el eje del helicoide y el centro de gravedad del segmento

transversal de la carga en el canal).

2

8.0...7.0D

r

Como en los demás valores, adoptaremos un valor intermedio, con lo que:

Y es el ángulo de elevación de la línea del helicoide en grados.

r

Sr

2tan

es el ángulo de fricción de la carga por el helicoide en grados, y es el coeficiente

de fricción de la carga con el helicoide.

tan

Tabla 2.7 Coeficientes de rozamiento contra la plancha de acero.

El calculo interno que hace la hoja de cálculo Diseño del Helicoide, está en base a

estas ecuaciones, evalúa internamente estas ecuaciones tomando como referencia

los datos y valores encontrados anteriormente introducidos y devuelve el la celda el

valor correspondiente a dicha incógnita.

Considerando al material a transportar como arcilla húmeda ya que no es posible

conseguir valores específicos para el material que queremos transportar que en

nuestro caso es la materia en suspensión de las piscinas plantas de tratamiento de

aguas, en otras palabras el lodo de dichas piscinas. El valor del coeficiente de

fricción intermedio correspondiente según la Tabla 2.7 y con el cual haremos el

cálculo es:

REEMPLAZANDO LOS VALORES ADOPTADOS Y/O ENCONTRADOS EN LA

HOJA DE CÁLCULO DISEÑO DEL HELICOIDE PARA EVALUAR LAS

ECUACIONES DE FUERZA AXIAL Y DEMÁS YA MENCIONADAS LOS

RESULTADOS OBTENIDOS SON LOS SIGUIENTES:

Velocidad de Transporte del Material.Velocidad de Transporte del Material.

LA VELOCIDAD DE TRANSPORTE SE DETERMINARA DE LA SIGUIENTE

MANERA.

EVALUANDO ESTA ECUACIÓN EN LA HOJA DE CÁLCULO DISEÑO DEL

HELICOIDE OBTENEMOS EL SIGUIENTE RESULTADO.

Datos Tabulados de las Características Generales:Datos Tabulados de las Características Generales:

Resumiendo todo el cálculo hecho hasta el momento en la Tabla 2.8 indicamos las

características más relevantes.

Tabla 2.8

Características del Transportador Helicoidal

Diámetro 0.20

Angulo de Inclinación 30.0 º

Longitud 1.5

Altura de Transporte 0

Velocidad de Rotación 32.5

Flujo de Transporte 31

Flujo Másico Q 93

Potencia de Accionamiento aP 2.6

Potencia del Motor (3000 3.5

msnm)

Velocidad de Transporte 0.12

Fuerza Axial 5.7

Momento Torsor Máx. 0.76

Diseño del Eje Hueco.Diseño del Eje Hueco.

Los datos de partida son los siguientes:

Fuerza Axial:   = 5.7  

Momento Torsor sobre el eje del

Helicoide:  = 0,76  

Momento de Flexión sobre el eje del

Helicoide:  = 4,94  

Factor de choque y fatiga, al momento

torsor:  = 1,00  

Factor de choque y fatiga, al momento

flector:  = 1,50  

Esfuerzo permisible para ejes, código

ASME:  = 41369  

Relación de Diámetros:   = 0,50  

Resistencia a Fluencia:   = 320000  

Extremos del Eje:   = 1,6  

Reemplazando los valores, que en su momento fueron evaluados, en la hoja de

cálculo Diseño del Helicoide obtuvimos los siguientes resultados:

Diámetro interior del Eje:   = 0,030  

Diámetro exterior del Eje:   = 0,050  

Diseño del Canal.Diseño del Canal.

Para diseñar la canal se considerara todas las cargas que actúan sobre este, que

son el peso del helicoide, el peso del material y del eje, además se debe adicionar

una carga muerta en el canal de 400 kg. El peso del material y del eje ya se calculó

anteriormente.

Espesor de la plancha:Espesor de la plancha:

Para determinar el espesor de la plancha se analizara por el método de paredes

delgadas, en donde el espesor mas ancho que podría tomar se debe a la que resiste

un esfuerzo tangencial. Este se expresa de la siguiente manera.

Donde el esfuerzo admisible debido al material de acero dulce posee un admisible

de:

Sustituyendo todos los valores obtenemos un espesor de

Se tomara este espesor para toda la carcasa o torva.

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA A COMPRESION

Para el diseño de la estructura se tomara en cuenta el peso de la estructura mismo

más el de los filtros y un peso extra que es de los demás componentes del filtro de

mangas y se ara el análisis en la parte inferior de la estructura, por que se supone

que es esa la parte donde puede fallar.

Se asumirá un peso de 5000kg dicho peso se dividirá entre 4 por que la estructura

esta soportado por cuatro patas. Entonces nuestro peso de diseño será

PU=1250kg

PU=2.8klb

Asumir: A tablas

Ag=0.1in2 con esta área ir al manual a seleccionar el perfil

1erensayo L 2 * 2* 1/8 Ag=0.484in2 rz=0.398

El valor de K=1.2; L=800mm=31in

Se usa este valor, por la forma como esta actuando la carga en la estructura.

A tablas

Pu=19.03*0.484=9.2Klb≥2.8 Klb; Correcto para diseño

Para la estructura se utilizara angulares L 2 * 2* 1/8

SELECCIÓN DEL MOTOR

Este será utilizado en el transportador helicoidal.

SELECCIÓN DE PERNOS PARA LA TAPA

SELECCIÓN DE RODAMIENTOS

Los rodamientos serán utilizados en los ejes del transportador helicoidal.

ANALISIS DE COSTOS

En los análisis de costos se asume precios aproximados.

    COSTOS DE MATERIALES     

MATERIALES  UNIDAD APLICACIÓNCOSTO UNITARIO (Bs)

COSTO TOTAL (Bs)

Chapa de acero 15(m2)  carcasa 360 5400perfiles 40(m) estructura 67 2680esqueleto del filtro 49 soporte del filtro 200 9800tela del filtro 49 purificar el aire 100 4900ductos de aire comprimido 7 conducir al aire 30 210Electrodos 100(kg) soldadura 15 1500manómetro 1 medir la presión 60 60cilindro de compresión 1 comprimir aire 200 200trasportador helicoidal 1 transportar el producto 1000 1000reductor  1 reducir velocidad 1000 1000Motor 1 generar energía mecánica 2000 2000COSTO TOTAL       28750COSTO MANO DE OBRA       30000COSTO TOTAL DEL FILTRO DE MAGAS       58750

CONCLUSION Y RECOMENDACIÓN

La realización de esta clase de proyectos es de gran importancia ya que tiene que

ver con la contaminación del medio ambiente.

Proponer alternativas para la no contaminación del medio ambiente con la utilización

de esta clase de filtros es un buen método ya que tiene un 93% de rendimiento.

La amplia gama de su aplicación en las empresas que contaminan al medio

ambiente lo ase de gran importancia a esta clase de filtros de mangas.

Mi recomendación seria que las empresas que necesiten de su uso de esta clase de

filtros para poder proteger al medio ambiente, lancen proyectos de mejorías en la

filtración ya que es de gran importancia su uso en las empresas, especialmente en

las cementeras.

A aquellas empresas que a un no lo hacen el uso de esta clase de filtros de mangas

recomendarles que lo puedan usar por que al no usar están asiendo un gran daño al

medio ambiente y por ende a la forestación animales y muy en especial a la salud

humana.

FOTOS