Metodología de cálculo de los transportadores de tablilla y rastrillo

"Valoración energética de algunos accionamientos industriales del CAI "Arquímedes Colina Antunez". "Energy valuation of some industrial workings of the CAI "Arquímedes Colina Antunez".

Indice1. Introduccion. 2. Desarrollo. 3. Conclusiones. 4. Bibliografía.

1. Introduccion.

La elección correcta de la potencia de los motores en los accionamiento industriales tiene una enorme significación para la economía nacional, determinando en mucho el costo de explotación de las instalaciones. El empleo del motor de potencia insuficiente, altera el funcionamiento del mecanismo, reduce la productividad y aumenta las probabilidades de fallos. A su ves, el uso de los motores de potencia superior a la necesaria, empeora los índices económicos de la instalación al aumentar el costo inicial, aumentando también las pérdida de energía debido al descenso del rendimiento del motor, y en las instalaciones de corrientes alternas, se empeora el factor de potencia, cuya magnitud influye directamente en las cargas improductivas de las redes distribuidoras y de los generadores de los centrales eléctricos que producen energía.

El Comandante en Jefe Dr. Fidel Castro Ruz, planteaba en la clausura del VII Forum de Piezas de Repuesto y Tecnología de Avanzada, la importancia que tenía para el país en medio del período especial, prestarle la debida atención a eficiencia de nuestros centrales azucareros y el uso consiente y disciplinado de la energía disponible./3/

Los problemas fundamentales de los accionamiento en la industria son los siguientes: mala selección de los motores primarios, envejecimiento tecnológico de máquinas que todavía pueden ser explotadas y empleo de cadenas cinemática de baja eficiencia.

En este trabajo se estudia, fundamentalmente, la selección de los motores eléctricos para el área del Tándem del Complejo Agroindustrial "Arquímedes Colina Antúnez" y dentro de los equipos seleccionados se encuentran: transportadores de tablillas, transportadores de rastrillo y bombas; con el objetivo de realizar un análisis preliminar de la selección de motores eléctricos en algunos accionamientos industriales del CAI antes mencionado en la presente zafra azucarera.

2. Desarrollo.

Materiales y métodos. Breve caracterización del CAI " Arquímedes Colina Antúnez". El complejo agroindustrial " Arquímedes Colina Antúnez " de Mabay, provincia de Granma, se encuentra ubicado a 15 km de Bayamo capital provincial. Posee una extensión de 555,4 caballerías, distribuidas en dos distritos con 90 bloques y 13 lotes. El área físico dedicada al cultivo de la caña de azúcar es de 6 408, 145 5 ha (477,5 cab) de las cuales 5 615,011 ha (418,4 cab) pertenecen al sector estatal y 793,133 ha (59,1 cab) al sector privado.

El CAI está organizado de la siguiente forma:

• Extensión territorial: 5 433,578 ha.
• Áreas destinadas al autoconsumo: 491,172 ha.
• Unidad Básica de Producción Cooperativa (UBPC): 4
• Cooperativa de Producción Agropecuaria (CPA): 3
• Cooperativa de Créditos y Servicios (CCS): 3
• Unidad mecanizada: 1
• Unidad de transporte: 1

Principales variedades de caña que cosecha: JA–60–5, MY–55–14, C–87–51, C–87–51, C–120–70, CP–52–43, C–1051–73, etc.

Principales producciones:

• Azúcar refino.
• Azúcar crudo.
• Miel final B.
• Alcoholes: A, B, C, F-S.

Metodologías de cálculo de las máquinas de transporte continuo analizadas.

El funcionamiento de estas máquinas, como lo expresa su nombre, se caracteriza por la transportación de la carga a granel o por piezas a través de una ruta dada sin que se produzcan paradas para la carga y descarga del material transportado. De acuerdo con lo expresado, el recorrido del elemento de la máquina encargado de portar la carga y el retorno de éste vacío, ocurrirán al mismo tiempo y en forma continua. Las características fundamentales (movimiento continuo de la carga, ausencia de paradas para la carga y descarga, simultaneidad de movimiento del órgano portador cargado y vacío en el retorno, etc) confieren a las máquinas de transporte continuo una gran productividad, condición de gran importancia en la industria moderna en la cual son típicos los grandes flujos, Oriol (1988).

Otro aspecto importante en el empleo de estas máquinas es el de que la carga puede transportarse a lo largo de una recta o traza dada y descargarse de forma automatizada en cualquier parte del recorrido, de acuerdo con los requerimientos del proceso tecnológico para el cual ha sido concebido.

En este trabajo se analizarán algunos transportadores de tablillas y de rastrillos en el área del Tándem del CAI antes mencionado. Para realizar el cálculo de los conductores de tablilla y rastrillo se utilizó la metodología propuesta por Oriol (1988), basándose fundamentalmente en los siguientes pasos:

• Determinación del punto de mínima tensión.
• Determinación de la resistencia (tensiones) en los tramos hasta llegar al punto de tensión máxima.
• Determinación del tiraje efectivo.
• Cálculo de la potencia del transportador.

Metodología de cálculo de bombas centrífugas.

En la técnica moderna las máquinas para el suministro de líquidos se llaman bombas. La amplia divulgación de las bombas centrífugas ha sido posible únicamente a base del empleo de energía eléctrica y, en particular, al utilizar el motor eléctrico de corriente alterna trifásica. En la industria azucarera se utilizan gran cantidad una gran variedad de bombas para la manipulación da diferentes productos. Según los fluidos manejados, la magnitud de los flujos y los requisitos del proceso (capacidad y carga) se hace necesario utilizar un tipo específico de bomba; Chercasski (1988)

Ecuación general para el cálculo de la potencia (P) de las bombas, en kW:

Donde:

Q – Gasto, en m3/s

– Peso específico del líquido, en N/m3

– Altura de carga de la bomba, en m

– Eficiencia de la bomba.

Donde: – Eficiencia de la bomba.

– Eficiencia de la transmisión.

Metodología de selección de la potencia de los motores eléctricos. La elección de la potencia de los motores eléctricos se escoge partiendo de la necesidad de asegurar el cumplimiento de un trabajo prefijado de un accionamiento eléctrico, siempre que se observe el régimen térmico normal y la sobrecarga admisible del motor. La elección de la potencia del motor requiere del cálculo fiable de las fuerzas tecnológicas, no solo a un período de régimen permanente de trabajo, sino, también en período de regímenes transitorios. En tal sentido se construyen los diagramas de momento resistente, potencia necesaria y corriente en función del tiempo, Chilikin (1988):

M = f(t) P = f(t) i = f(t)

El motor elegido de acuerdo con el diagrama de carga prefijado debe cargarse plenamente y a su ves trabajar sin calentar más de los límites admisibles. Del mismo modo el motor debe funcionar normalmente en caso de posibles sobrecargas temporales y poseer un par de arranque suficiente para asegurar la duración indisponible del arranque del mecanismo. En la mayoría de los casos, la elección de comprobación de la potencia del motor se realiza de acuerdo con el calentamiento y a continuación se comprueba respecto a su capacidad de sobrecarga. La comprobación de los motores respecto a la sobrecarga y del par de arranque debe realizarse independientemente del cálculo térmico.

Elección de la potencia del motor a carga de larga duración.

En los centrales azucareros la mayoría de los equipos industriales trabajan con regímenes de carga de larga duración, invariable o que varían poco.

La elección de la potencia del motor para semejantes mecanismos es extraordinariamente sencilla si se calcula la potencia consumida por el mecanismo. En este caso no es necesario la comprobación del motor al calentamiento o sobrecargas durante el trabajo. Una ves elegida la potencia calculada, se está seguro que esta potencia es la máxima admisible, ya que el fabricante ha realizado todos los cálculos y ensayos, partiendo de la utilización máxima de los materiales del motor y su potencia nominal. Si en el catálogo no se indica el motor de tal potencia, entonces se elige el próximo de potencia mayor. Se han desarrollado en manuales y libros especializados ecuaciones para el cálculo de la potencia de los motores, para realizar el cálculo de los accionamientos eléctricos se basó en la metodología propuesta por Chilikin (1988). Luego de determinada la potencia de trabajo de la máquina, por las ecuaciones planteadas por Oriól y Chercaskin, se determine la potencia real del motor a seleccionar, en kW, teniendo en cuenta los coeficientes de sobrecargas instantánea que varía generalmente desde 1.1 hasta 2.5.

Pmotor =

P – Potencia calculada, en kW.

h t – Eficiencia del motor (transmisión).

d – Coeficiente de sobrecarga. d = (1.1 ¸ 2.5).

Equipos analizados. En el trabajo se tuvieron en cuenta algunas máquinas de transporte continuo (transportadores de tablilla y rastrillo) y diferentes tipos de bombas, que a continuación se relacionan:

• Transportador alimentador de caña.
• Transportador elevador de caña.
• Conductores intermedios 1, 2, 3 y 4.
• Transportador de bagacillo.
• Bombas del basculador No 1 y 2.
• Bombas de guarapo 1, 2 y 3.
• Bombas de maceración 1, 2 y 3.
• Bombas de tiro parabólico 1 y 2.

En total se analizaron 7 transportadores y 10 bombas, los datos y características técnicas de los mismos no se plasman en el contenido del trabajo puesto que haría muy extenso el mismo.

Presentación y análisis de los resultados. Se le hizo el cálculo a 7 transportadores y 10 bombas de diferentes tipos aplicándose las metodologías planteadas anteriormente; y se arribó a los siguientes resultados:

Como puede observarse, hay algunos motores con potencia muy por encima de las calculadas, estos son: el del transportador elevador de caña y las bombas del basculador No. 1 y las de tiro parabólico No. 1 y 2; que se pueden sustituir por otros de potencia menor.

Teniendo en cuenta que el valor de la fuente motriz es significativo, la sustitución de estos resulta costosa para las condiciones actuales del país, por lo que es factible analizar la posible sustitución de estos por otros que se encuentren instalados en otras áreas y que estén acordes con los requerimientos de las máquinas.

Haciendo un análisis cuantitativo del costo que representa esta sustitución, teniendo en cuenta las inversiones que hay que realizar, resulta bastante extenso hacer una valoración económica exacta de lo que realmente seria mas conveniente en caso que halla que comprar motores nuevos o sustituir los mismos por otros de otras áreas. La misma forma parte de otro trabajo que realiza el autor.

Pero no se puede obviar lo perjudicial que resulta para la economía del país y en especial para la eficiencia de la industria esta situación, mucho menos en estos momentos de período especial donde se debe prestar debida atención a la eficiencia de los centrales azucareros y al uso consciente y disciplinado de la energía. Hay que tener en cuenta que tan sólo se le realiza el estudio a 17 equipos, que representa menos del 5 % del total del complejo, por lo que sería factible continuar el estudio en otras áreas , con vista a detectar posibles situaciones análogas a las que aquí se analizan. Ahí que señalar que los compañeros del CAI que tienen que ver con esto están realizando un trabajo meritorio con vista a erradicar estas deficiencias y se están tomando medidas al respecto.

3. Conclusiones.

1. Se realizó el cálculo a 17 accionamientos en el área del Tándem, haciéndose un análisis comparativo entre la potencia instalada y la calculada.
2. Se detectó que existen motores cuya potencia instalada es muy superior a la calculada que pueden sustituirse por otros de potencia menor.
3. No se realizó una valoración económica cuantitativa y profunda sobre lo que representa la sustitución de los motores subutilizados puesto que esto forma parte de otro trabajo que realiza el autor.

Recomendación.

1. Extender el estudio a otras áreas con vista a detectar posibles situaciones análogas a las que aquí se analizan.

4. Bibliografía.

1. Barrientos, V. M. " Perfeccionamiento Empresarial en la Industria Azucarera". Revista ATAC, No 1, 1999. Pp 11-15.
2. Casillas, A. L. "Cálculos de Taller". Editorial Científico-Técnica. Ciudad de la Habana, 1989.
3. Castro Ruz, Fidel. "Intervención en la Clausura del VII Forum de Piezas de Repuesto y de Tecnología de Avanzada". 1992.
4. Chercasski, V. "Bombas, Ventiladores y Compresores". Editorial Mir. Moscú, 1986.
5. Chiliin, A. "Accionamientos Eléctricos". Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de la Habana, 1988.
6. Decreto ley 187/98 del consejo de estado. "Perfeccionamiento Empresarial de los Centrales Azucareros", 1998.
7. Oriol, J et al. "Máquinas de Transporte Continuo". Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de la Habana, 1988.
8. Paneque, P. "Elementos de Máquinas y Transportadores II" Facultad de Mecanización. ISCAH. La Habana, 1994.

Resumen: En este trabajo se estudia, fundamentalmente, la selección de los motores eléctricos para el área del Tándem del Complejo Agroindustrial "Arquímedes Colina Antunes", dentro de los equipos seleccionados se encuentran: transportadores de tablillas y rastrillo y diferentes tipos de bombas; con el objetivo de realizar una valoración preliminar de la selección de estas fuentes energéticas en algunos accionamientos industriales del CAI antes mencionado en la presente zafra azucarera.

Abstract: In this work it is studied, mainly, the electric motors selection for the Tándem area of the "Complejo Agroindustrial Arquímedes Colina Antunez", among the selected equipment we can find: table transporters and rastrillo and different types of bombs as well; with the objetive of making a valuation and th elemenate from the section of this energetic in some industrial action of this enterprise above mention in the present sugar harvest. Palabras claves: motores eléctricos, accionamientos industriales, fuentes energéticas. Key word: electric motors, industrial workings, energy sources.

Autor:

Departamento de Mecanización. Facultad de Ingeniería. Universidad de Granma. Dirección: Carretera Bayamo-Manzanillo km 17½. Apdo 21. Bayamo 85100. Cuba. Teléf.: (53)(23)92110 al 92114 ext. 12 y 81. Fax: (53)(23)92131.