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Emilio Andrea Blanco
12.1. Cintas transportadoras
1 Las cintas transportadoras son equipos que utilizan el principio de transporte continuo y re- suelven problemas básicos del transporte en minería. Las condiciones del transporte entre la mina y los talleres de concentración o dentro del propio taller mineralúrgico corresponden a las necesi- dades siguientes: Manipulación de materiales a granel, necesidad de mover grandes cantidades, volúmenes y tonelajes elevados y la necesidad de salvar distancias y pendientes importante. Las primeras referencias o sistemas pioneros corresponden a Olivers Evans (1795) que uti- liza una banda continua de cuero unido a dos tambores, posteriormente, Lopatine (1860) utiliza un sistema de transporte con banda sin fin, tambores de accionamiento, de reenvío, transmisio- nes, bastidores y rodillos, pero utiliza una banda de madera unida con tela que es su punto dé- bil. En 1885, Robins, utiliza un alimentador en forma de artesa, con los elementos indicados an- teriormente y con una banda de urdimbre recubierta de goma. La cinta transportadora consiste en una banda continua que se desliza sobre rodillos girato- rios que están soportados por un bastidor resistente. El accionamiento se realiza por fricción entre los tambores (accionados estos por un motor eléctrico normalmente) y la banda transpor- tadora. Como sistema de transporte es el más utilizado en materiales secos, humedad inferior al 8%-10% para las plantas de tratamiento, compite con los volquetes de forma ventajosa cuando el frente es estable o semiestable, sustituye al ferrocarril en media distancia y le ha ganado la partida a los funiculares de transporte de minerales. Por su capacidad de desplazamiento pueden ser: a) Fijas ; son las de uso generalizado en las plantas de tratamiento. b) Ripables ; o semimóviles que permiten desplazamientos frecuentes mediante equipos au- xiliares, normalmente unidades motoras sobre cadenas que desplazan la cinta que va so- bre patines. c) Móviles ; disponen de una estructura metálica sobre transportadores de orugas que le dan al conjunto una gran movilidad. Sistemas de transporte en mineralurgia, materiales secos. Principales ventajas y desventa- jas de las cintas transportadoras frente a medios competidores (volquetes). Para materiales con mucha humedad, tipo pastoso, lodos o en forma de pulpa el sistema básico de transporte es por tubería mediante bombeo. (^1) Las partes básicas de este capítulo corresponden a la publicación del IGME, Capítulo XII sobre cintas transporta- doras, resumido y con actualizaciones y aplicaciones necesarias al temario del curso.
Emilio Andrea Blanco (*) Ferrocarril (ferro): uso para grandes tonelajes y grandes distancias. Funiculares (funi): uso específico y otras utilizaciones. Actualmente en desuso en minería.
Concepto Cintas Volquetes Otros
VENTAJAS
Coste de operación y mantenimiento Menor Mayor Ferrocarril, mayor Funi, menor Mano de obra Normal Especializada Mixta ferrocarril Nº de operarios Menor Mayor Intermedia (Ferro) Inflación (aumento de los costes interanuales) Menos sensible Más sensible – Eficiencia energética Mayor (motores eléctricos) (> 75%) Menor (gasóleos) (< 45%) Funiculares, mejor Capacidad No f(distancia) Sí f(distancia) – Longitud de transporte Menor, admite mayores pendientes (33%) Mayor, pendiente limitada (8%) (< 2% – 3%, Ferro) 0 – 100%, Funi Construcción y mantenimiento de pistas Menor, pistas de mantenimiento y auxiliares Mayor tráfico elevado Vias, elevado Funi, bajo Proceso extracción (menor inversión) Contínuo Intermitente Intermitente Funiculares cont. Condiciones ambientales Menor influencia Influencia mayor Sin influencia (Ferro y Funi) Organización y automatización Buena, incluso excelente Peor Buena Capacidad de transporte Alta Media Funi, alta Ferro, media/alta DESVENTAJAS Inversión inicial Alta / elevada Menor, pistas Funiculares, alta Ferro, alta Versatilidad, adaptabilidad Baja Alta Baja Actual, versatilidad Media, motores de velocidad variables Alta Baja Planificación y cálculo Elevado y riguroso Riguroso Riguroso Diseño en serie Menor tiempo de disponibilidad del conjunto
SITUACIÓN ACTUAL Aumento de Instalaciones Uso en frentes irregulares y móviles con rapidez, canteras Funi y Ferro, en recesión en minería (*)
Emilio Andrea Blanco
1 2.1.1. Principales elementos que componen una cinta transportadora
En la figura se dan los principales elementos que componen una cinta transportadora: ( 1 ). Bastidor. ( 2 ). Tambores motrices. ( 3 ). Tambores de reenvío. ( 4 ). Tambores de tensado. ( 5 ). Tambores de tensado. ( 6 ). Tambores guía. ( 7 ). Dispositivo de tensado de banda. ( 8 ). Rodillos del ramal superior o de transporte. ( 9 ). Rodillos del ramal inferior, o de retorno de banda. ( 10 ). Rodillos de impacto. ( 11 ). Banda de transporte. ( 12 ). Grupo motriz. ( 13 ). Tolvas de carga. ( 14 ). Guiaderas para el centrado de la carga. ( 15 ). Estrelladero, elemento de descarga. ( 16 ). Elementos de limpieza de cinta, zona de cabeza. ( 17 ). Elementos de limpieza, zona de cola. ( 18 ). Carenados, sistemas de protección anti-polvo y ruido. Si cubre toda la cinta anticaída (función de seguridad y de acondicionamiento del espacio). Las cintas permiten, con ciertas limitaciones, curvas en el plano vertical y en menor grado tam- bién en el plano horizontal. Para los elementos más relevantes se da una descripción a continuación: Figura 12 .1. Elementos constitutivos de una cinta transportadora.
Emilio Andrea Blanco Bastidor. Estructura portante, normalmente metálica, que soporta el resto de los mecanis- mos. Se adapta al terreno y soporta todos los elementos necesarios de accionamiento, soporte y mantenimiento de la cinta transportadora. En función del terreno y el uso puede ser rígido o flexible y adaptarse al terreno. La curvatura admisible en el plano vertical está limitada por la tensión necesaria de la banda y el peso del mineral a transportar. La banda no debe separarse de los rodillos en un funcionamiento normal. El ángulo en el plano horizontal debe ser muy reducido, en función de la elasticidad de la banda; para cambios de sentido bruscos es necesario descargar una cinta recta en un segundo equipo que tome la dirección adecuada. Estaciones superiores. Formada por rodillos separados regularmente, tiene por misión so- portar la banda cargada y dar la forma de artesa requerida para el transporte. Las forma de la artesa responden al número y tipo de montaje de los rodillos que puede ser fijos o de tipo guir- nalda (una línea de rodillos se sujeta solo en los dos extremos), siendo más normal en minería el montaje fijo por rodillo por la mayor resistencia y mejor guiado de la banda. Figura 12. 2. Componentes de un bastidor.
Emilio Andrea Blanco
Rodillos
Rodillos: artesa o cargador triple. Rodillo triple de impacto. Rodillo triple de alineación. Artesa en “V”. Rodillo de retorno. Rodillo de banda plana. Rodillo de retorno autolimpiable. Rodillo de retorno autoalineable. Rodillo de retorno autolimpiable y autoalineable. Repuestos.
Emilio Andrea Blanco Sistemas motrices. Son los encargados de transmitir la energía necesaria para el desplaza- miento de la cinta, mantener la velocidad fijada de desplazamiento y frenar la cinta cuando se de- manda. La capacidad de transmisión de tensión a la banda está limitada por el tipo de rozamiento (tipo de contacto) y por el ángulo abrazado según la fórmula de Euler, y por este motivo, a veces, se necesita más de una cabeza motriz ya que el ángulo abrazado está limitado por diseño.
- Tambor de accionamiento.
- Cojinetes.
- Acoplamiento de baja velocidad.
- Reductor.
- Sistema antirretorno.
- Acoplamiento de alta velocidad.
- Freno.
- Acoplamiento hidráulico.
- Motor. Sistemas de accionamiento múltiple en cabeza. Existe igualmente la posibilidad de accionamien- to múltiple en cabezas opuestas, incluso inter- medias en grandes cintas (problemas de alimen- tación y de mantenimiento por acceso). Detalle de un accionamiento. El acoplamiento hi- dráulico, instalado entre el motor y el reductor, sirve para amortiguar las vibraciones, las tensio- nes en el arranque y aumentar la vida de la ban- da. Tiene un sistema de Soft Braking Option que me- diante micro-procesador asegura una parada sua- ve.
Poleas Bandas
Polea de acero tipo tambor. Polea de acero autolimpiable. Banda transportadora.
Emilio Andrea Blanco A continuación de dan algunos detalles constructivos de cintas transportadoras: Adaptación de la cinta al terreno, curvatura en el plano vertical. Estructura y proteccio- nes laterales. Cinta sobre artesa de tres rodillo, pasarela auxiliar de servicio y límite de carga de la banda. Cinta ripable, Instalación sobre patines, ele- mentos guía y limitadores de desplazamien- to lateral. Detalle de límite de carga en la banda (uso del ancho de banda). Estructuras auxiliares, accesos y carenado de la cinta. Detalle del sistema de frenado en alta velo- cidad, sistema de disco. Sistema mixto de limpieza de la banda, ras- cador de rodillo y rascador articulado, am- bos con regulación mecánica.
Emilio Andrea Blanco Sistemas auxiliares de la cinta transportadora en minería: Tambor, con eje transversal, de construcción soldada y fijación con chaveta. Tambor, con eje transversal, de discos de acero fundido con cilindro soldado, unido por anillos expandibles. Ambos pueden estar recubiertos con goma pa- ra mayor adherencia o materiales especiales. Carga de cintas, sistema de tolva y guiaderas. Carga de cinta mediante alimentador contí- nuo, rodillos de impacto en la zona de carga. El material al llegar a la cinta ya está acelera- do y a la velocidad correcta, descarga suave- mente. Transferencia de material entre dos cintas to- mando un ángulo recto. La zona de transición corresponde a la salida del tambar hasta la formación de la artesa co- rrecta. Transferencia de material entre dos cintas to- mando ángulo recto, elementos principales: Es- trelladero (fácilmente cambiable), sistema de inspección, rascador pendular, rascador fijo, y rascador complementario, placa posterior de cierre, placa deflectora, cinta auxiliar de recogi- da de producto. Las zonas de impacto deben ser resistentes al desgaste.
Emilio Andrea Blanco Tabla 12.1. Propiedades de los materiales para transporte en cintas (Ref. IGME 1989) Cuando no se dispone del valor del ángulo de reposo se puede tomar para el cálculo el án- gulo de rozamiento interno^3 tal como se define en el CTE. Se dan los valores de la Tabla 12. que se adjunta como referencia. En la ENV-1990 se encuentran valores adicionales de materia- les agrícolas, industriales y otros componentes. (^3) CTE: Código Técnico de la Edificación, 2006.
Efectos posibles
Material
Densidad t/m^3 Ángulo de reposo (º) Pendiente máxima de transporte ( δ ) (^) Mecánicos Químicos Temperatura Cenizas húmedas 0,9 15 18 Cenizas secas 0,65 - 0,75 16 Sulfato amónico 0,75 - 0,95 22 + ++ Bauxita fina 1,9 - 2,0 18 + Bauxita triturada 1,2 - 1,4 18 - 20 ++ Escorias de fundición 1,2 - 1,4 18 ++ + Arcillas 1,8 15 - 18 18 - 20 Carbón 0,75 - 0,85 18 18 + Carbón fino 0,8 - 0,9 10 18 - 20 Clinker 1,2 - 1,5 10 - 15 18 ++ ++ Coque 0,45 - 0,6 15 17 - 18 ++ ++ Hormigón húmedo 1,8 - 2,4 0 - 5 16 - 22 ++ Minerales de cobre 1,9 - 2,4 15 18 ++ Roca triturada 1,5 - 1,8 10 - 15 16 - 20 ++ Feldespato triturado 1,6 18 ++ Arenas y gravas húmedas 2,0 - 2,4 15 20 Arenas y gravas lavadas 1,5 - 2,5 18 12 - 15 Grafito en polvo 0,5 20 Granito triturado 1,5 - 1,6 20 ++ Gravas sin clasificar 1,8 15 18 - 20 Yeso en polvo 0,95 - 1,0 23 Yeso triturado 1,35 18 Mineral de hierro 1,7 - 2,5 15 18 ++ Pellets de hierro 2,5 - 3,0 12 15 Briquetas de lignito 0,7 - 0,85 15 12 - 13 Caliza triturada 1,3 - 1,6 15 16 - 18 + Lignito seco 0,5 - 0,9 15 15 - 17 Lignito húmedo 0,9 15 - 20 18 - 20 Mineral de manganeso 2,0 - 2,2 15 18 - 22 ++ Fosfato fino 2,0 12 - 15 18 + Fosfato triturado 1,2 - 1,4 15 18 - 20 ++ Potasa 1,1 - 1,6 15 18 + + Turba 0,4 - 0,6 16
Emilio Andrea Blanco
Material Peso específico aparente kN/m^3 Ángulo de rozamiento interno (º)
**Tabla D.27 ***** ******* Grava 19 - 22 34 - 45 Arena 17 - 20 30 - 36 Limo 17 - 20 25 - 32 Arcilla 15 - 22 16 - 28 Tierra vegetal 17 25 **Tabla C.6 **** ****** Arena 14 - 19 30 Arena de piedra pómez 7 35 Arena y grava 15 - 20 35 Cal suelta 13 25 Cemento clinker suelto 16 25 Cemento en sacos 15 *** **Escoria de altos hornos *** ***** Troceada 17 40 Granulada 12 30 Triturada, de espuma 9 35 Poliester de resina 12 *** Polietileno, poliestirol granulado 6,4 30 Resinas y colas 13 *** Yeso suelto 15 25 Agua dulce 10 *** Carbón de leña, trozo 4 45 **Hulla *** ***** Briquetas amontonadas 8 35 Briquetas apiladas 13 *** En bruto, de mina 10 35 Pulverizada 7 25 Leña 5,4 45 **Lignito *** ***** Briquetas amontonadas 7,8 30 Briquetas apiladas 12,8 *** En bruto 7,8 - 9,8 30 - 40 Pulverizada 4,9 25 - 40 **Turba negra y seca ***** Empaquetada 6 - 9 *** Amontonada y suelta 3 - 6 45 Tabla 12.2. Características de los materiales (Ref. CTE, 2006). Por comparación entre ambas tablas, es prudente considerar como ángulo de reposo para el cálculo de cintas, cuando se toma información de la Tabla 12.2 el 50% del valor del ángulo de rozamiento. (Ej.: para arenas y gravas en la Tabla 12.1, ángulo de reposo: 15-18º y en la Tabla 12.2 para el ángulo de rozamiento interno: 35º).
Emilio Andrea Blanco Coeficiente de reducción por inclinación, k Se consideran los valores dados en la Tabla 12.1 del IGME que se pueden aproximar para cálculo mediante la expresión: k = 0,9959 + 0,0019·Gr – 0,0005·Gr^2 ; (R^2 = 0,9983) y que simpli- ficada queda: k = 1 + 0,002·Gr – 0,0005·Gr^2 ; Gr: Ángulo de inclinación de la cinta en grados sexagesimales (rango de validez 0º-30º)^4_._ Hasta 14º las cintas funcionan con normalidad, no hay caída de material ni desplazamiento de carga (piedras rodantes). (^4) Nota. El rango de validez se considera para la expresión matemática de ajuste, pero técnicamente, para bandas li- sas normales se aconseja no pasar de 20º de inclinación y se debe justificar el funcionamiento correcto por encima de los 16º-18º.
Emilio Andrea Blanco
12. 1 .3. Potencia de accionamiento
La potencia de accionamiento de una cinta se formula por el principio físico de W=F·v, sien- do “F” el conjunto de fuerzas resistentes al movimiento y “v” la velocidad de desplazamiento de la banda transportadora. La fuerza F se obtiene por la resistencia al giro de los rodillos que so- portan la banda y esta es proporcional a un coeficiente por el peso que soporta cada unidad, más el conjunto de otras fuerzas resistentes que se formulan de forma individual o como frac- ción o coeficiente de la fuerza principal de resistencia a la rodadura. El accionamiento de una cinta transportadora debe vencer las resistencias y cargas que se producen durante su funcionamiento. Estas se pueden formular^5 , sobre la base de las variables indicadas en el esquema, mediante:
F = C · f · L · [(Pq + 2 Pb) · Cos (ð) + Ps + Pi] (+ – )H · Pq + Σ (Res_loc)
Se considera la siguiente terminología: C: Coeficiente empírico que varía según la longitud del transporte y que tienen en cuenta los errores por no tener en cuenta la totalidad de los efectos que se producen, com- pensa erores o deficiencias de cálculo. Número adimensional. f: Coeficiente de rodadura o coeficiente de fricción de los de los cojinetes de los rodillos; se admite no considerar los efectos similares de los tambores por la diferencia muy no- table en el número, por la utilización de rodamientos y la mejor fabricación. Número adi- mensional. Pq: Peso del material transportado por metro lineal, N/ml. Pb: Peso por metro lineal de banda, kg/ml. Ps: Peso por metro lineal de los elementos (rodillos) del ramal superior, kg/ml. Pi: Idem del ramal inferior (rodillos).
δ: Ángulo de inclinación de la instalación.
L: Longitud del transporte, (m). H: Desnivel del transporte, (m). (^5) Se sigue la terminología del IGME (Ref. Firestone). Figura 1 2. 4. Esquema de pesos y tensiones en una cinta de un solo tramo.
Emilio Andrea Blanco Una aproximación para el cálculo numérico se obtiene mediante:
- De 80 a 2.000 metros: C = 0,087 ln 2 (m) – 1,31 ln(m) + 5,97 (R 2 = 0,999).
- Mayor de 2.000 metros: C = 1,03. Coeficiente f: Coeficiente de fricción (rodadura) de los cojinetes de los rodillos, se puede es- timar mediante la expresión^6 que se indica, para temperaturas extremas se debe considerar el aumento del coeficiente con la disminución de las temperaturas. f = fo + Σ fi ; fo = 0,018 y 0,004 < Σfi < 0, Pq: Peso del material transportado por metro lineal de cinta Pq(kg /m) = Q(t/h) / (3,6 · v (m/s)) Pb: El peso por metro lineal de cinta se puede estimar mediante Pb = (Pc + Pr)·B; siendo: Pc(kg/m): Es el peso de la carcasa y se puede considerar proporcional a la resistencia me- diante la expresión: Pc = 0,0058·(N/mm) + 2,1; (N/mm) representa la resistencia en New- ton por mm de ancho de banda (este valor oscila entre 500 y 7.000 y para mejor informa- ción se debe consultar al fabricante de la banda). Pr(kg/m): Es el peso del recubrimiento y se puede estimar mediante: Pr = d·(esuperior+einferior), siendo: d: Densidad del recubrimiento que se puede tomar de 1,1 kg/dm^3 y los espesores superior e inferior se deben considerar en mm. B: Ancho de banda (m) Los pesos de los rodillos dependen del ancho de cinta, del diámetro del rodillo y del fabri- cante. Varían según calidad entre amplios márgenes y se puede dar la referencia para estima- ción de 15-35 kg por metro de ancho de banda para separaciones de rodillos de 1 metro, y así se tiene: Ramal cargado: Separación 1m ; peso: 15-35 kg/m_ancho/m_lineal de banda. Ramal de retorno, vacío: Separación 3 m; peso: 5-12 kg/m_ancho/m_lineal de banda.
L, H, δ : Definidas en el esquema, se dan en metros y radianes.
Res_loc: Para las resistencias localizadas, la más significativa es la aceleración del material cuando éste representa tonelajes elevados, y así para acelerar 1.000 t/h de 0 a 2 m/s se nece- sitan 5,44 kW de suplemento. Para otras estimaciones se puede tomar la expresión de física: P(kW) = m(N)·g(m/s^2 )·v(m/s) que para el supuesto de T(t/h) será: P(kW) = T(t/h)·(1/3,6)·9,81·v(m/s) (^6) Kleber Colombes. Ver IGME, cintas transportadoras 1989.
Emilio Andrea Blanco Potencia del motor Calculada la tensión (fuerza) máxima como suma de las anteriores, la Potencia necesaria del motor de accionamiento será:
W(kW) = F·v / (102·η); para f(kgf)
W(kW) = F·v / (1. 000 ·η); para f(N) y v(m/s)
El rendimiento para el sistema de acoplamiento, se puede considerar la referencia de la ta- bla siguiente: Rendimiento del sistema de acoplamiento Referencia Eficiencia Tambor-motor 1 0, Tambor-transmisión-motor 2 0, Tambor-transmisión-embrague hidráulico-motor 3 0, Tambor-motor hidráulico-bomba 4 0, Si el transporte es en descenso, el sistema necesario será de frenado. Los sistemas de potencia deben soportar las arrancadas por lo que se deben sobredimen- sionar de 1,3 a 1,6. En cintas pequeñas se considera de 2 a 2,2 veces la potencia teórica cal- culada.
