Cómo seleccionar un reductor para transportadores de tornillo en manejo de materiales a granel

El transportador de tornillo sin fin es una de las pocas máquinas para material a granel cuyo par demandado en el eje de accionamiento lo fija el propio material, no el reductor. La densidad aparente, el tamaño de partícula, la humedad, la abrasividad y la geometría del hélice modifican el par que el filete del tornillo exige en cada revolución. El reductor debe absorber esa carga variable, el pico de arranque, el efecto de la inclinación en un transportador inclinado y la atmósfera abrasiva o corrosiva dentro del canal.

Para los fabricantes de equipos OEM, los integradores de sistemas y los ingenieros de compras en el extranjero, el reductor se selecciona a partir de un único documento: el cálculo de accionamiento que indica el diámetro del tornillo, el paso del hélice, el grado de llenado, la velocidad requerida, la potencia en el eje y el factor de servicio aplicado a esa potencia en el eje. La selección del reductor es mecánica una vez que ese documento existe. Los errores más frecuentes en la consulta son (a) omitir por completo el factor de servicio, (b) utilizar la potencia nominal del motor en lugar de la potencia requerida en el eje del tornillo y (c) ignorar la condición de arranque de los tornillos inclinados o inundados.

En esta nota de aplicación utilizamos la banda de potencia de motor de 0,37 a 22 kW, la banda de relación 5:1 a 40:1 y la banda de diámetro de tornillo Ø100 a Ø500 mm como envolvente típica para tornillos de cemento, fertilizante, granza plástica, grano, ceniza volante, cal y mineral. Fuera de esta envolvente la lógica de selección es la misma, pero los reductores industriales H / B o las unidades cicloidales suelen ser la respuesta adecuada; esto se resume en la lista de comprobación de consulta al final.

Tipos de transportador de tornillo sin fin y condiciones de operación

Tres arquitecturas de tornillo cubren la mayoría de las cotizaciones OEM. El tornillo horizontal de canal, tipo U o tubular cerrado, gira a 15 a 90 rpm y demanda par constante para un caudal fijo. El tornillo inclinado a 15° a 30° transporta el mismo material pero añade una componente gravitatoria que aumenta la potencia entre un 5 y un 15 % y añade una carga axial que debe ser absorbida por el rodamiento del accionamiento. El tornillo vertical eleva el material mediante un tornillo dentro de una carcasa; se comporta como una bomba centrífuga con tornillo y absorbe mucha más potencia para un caudal dado que la disposición horizontal.

La geometría del hélice define el perfil de par. Los tornillos de paso estándar, donde el paso del hélice es igual al diámetro del tornillo, constituyen la base de referencia. Los hélices de paso corto a un medio o dos tercios del diámetro reducen el llenado y disminuyen la potencia requerida. Los hélices de paso variable introducen el material suavemente en el canal y evitan sobreimpulsos en el arranque. Los hélices tipo cinta se utilizan para material pegajoso y también reducen el par exigido por el tornillo. El grado de llenado —la sección transversal del material en el canal dividida por la sección transversal del hélice— es la palanca más poderosa con que cuenta el integrador sobre la carga.

Como regla práctica utilizada por nuestro equipo de ingeniería de aplicación: un grado de llenado del 10 al 25 % describe una carga ligera y de buen comportamiento en un tornillo horizontal para grano, granza plástica o cemento terminado; del 30 al 45 % describe una carga pesada en tornillos inclinados, pegajosos o abrasivos que transportan mineral, ceniza volante, cal o fertilizante húmedo. Estas dos bandas se corresponden directamente con las bandas de factor de servicio indicadas en la siguiente sección, y el OEM debe especificar en la consulta qué banda aplica.

Accionamiento montado en el extremo del canal frente a eje pasante y suspensión central

La ubicación del reductor modifica la disposición mecánica y la familia de reductor requerida. Un accionamiento montado en el extremo del canal se sitúa fuera del canal, con el eje del tornillo acoplado a la salida del reductor mediante una cadena, un acoplamiento o un eje flexible. Esta disposición es la más habitual en tornillos de canal suministrados por OEM porque el reductor puede desplazarse lateralmente para mantenimiento, pero añade una cadena o acoplamiento que el integrador debe alinear y proteger.

Un accionamiento de eje pasante sitúa el reductor dentro del canal, con el eje del tornillo atravesando una salida de reductor de eje hueco y saliendo por el otro lado. Dos secciones de tornillo comparten un mismo accionamiento y el costado del canal queda disponible para tapas de inspección. Esta disposición reduce la superficie ocupada y el trabajo de alineación, pero deja al reductor dentro de la atmósfera abrasiva o corrosiva, por lo que aplican las reglas de protección superficial de la Sección 8.

Un accionamiento de suspensión central o montado sobre eje cuelga el reductor del propio eje del tornillo, apoyado por un brazo de reacción anclado a la estructura del canal. Esta es la disposición mecánica más limpia para un transportador de tornillo OEM, ya que no hay cadena, ni acoplamiento, ni alineación que mantener; el reductor pasa a formar parte de la estructura del transportador. La lógica de selección para esta disposición se aborda en detalle en la Sección 7, porque la interfaz mecánica del eje hueco y la fuerza de reacción del brazo de reacción condicionan la mayor parte de la elección de modelo.

Factor de servicio para transportadores de tornillo sin fin

El factor de servicio (FS) es el multiplicador que se aplica a la potencia calculada en el eje del tornillo antes de seleccionar el reductor. Absorbe las partes de la carga que el cálculo del tornillo no contempla: inercia de arranque, picos de carga, desgaste abrasivo que aumenta la fricción con el tiempo, horas de operación anormales y la pequeña incertidumbre de cálculo en el grado de llenado. El FS se selecciona a partir de una tabla de factor de servicio, no se estima a partir del tamaño del motor.

Para transportadores de tornillo sin fin, las bandas aceptadas habitualmente son: FS 1,0 a 1,6 para servicio ligero — tornillos horizontales que transportan grano, granza plástica, cemento terminado o azúcar, con alimentación estable, baja frecuencia de arranque y de 8 a 10 horas diarias; FS 1,4 a 1,6 se sitúa en la parte alta de esta banda cuando el material es ligeramente abrasivo o cuando se producen arranques varias veces por hora. FS 1,6 a 2,5 para servicio pesado — tornillos inclinados o verticales que transportan mineral, ceniza volante, cal, fertilizante húmedo, polvo de clinker o arena, con alimentación variable, picos de material pegajoso, alta frecuencia de arranque y operación a dos o tres turnos; FS 2,0 es el valor típico para tornillos inclinados abrasivos; FS 2,5 se reserva para tornillos verticales o aplicaciones estacionales muy cargadas, como el grano en época de cosecha.

Aplique el factor de servicio a la potencia calculada en el eje del tornillo y, a continuación, consulte el catálogo del reductor para verificar la potencia con la relación inmediatamente superior dentro del rango 5:1 a 40:1 que aún cumpla la potencia del motor y el par máximo del tamaño de carcasa elegido. La lógica completa del factor de servicio y cómo modifica el tamaño de carcasa se detalla en «Cómo afecta el factor de servicio a la selección del reductor»; la comparación de unidades entre las series R, F, K y S se ofrece en «Diferencias entre motorreductores de las series R, F, K y S».

Selección de helicoidal coaxial (R) y helicoidal cónico (K)

Para tornillos horizontales y ligeramente inclinados en la banda de 0,37 a 22 kW con relaciones en el rango 5:1 a 40:1, la serie helicoidal coaxial R y la serie helicoidal cónica K cubren la mayoría de las cotizaciones OEM en plantas de cemento, fertilizante y granza plástica. Ambas familias se montan por patas o por brida en cualquiera de las posiciones de montaje estándar M1 a M6, según se describe en «Posiciones de montaje de reductores industriales M1 a M6», y ambas aceptan entradas de motor estándar IEC o NEMA.

Utilice la serie R cuando el tornillo funcione en horizontal y el eje del reductor pueda disponerse paralelo al eje del tornillo. La serie R ofrece la mayor dispersión de relaciones en una sola etapa y la mayor eficiencia entre las opciones coaxiales; es además la familia de menor coste entre las cuatro líneas modulares estándar. Para transportadores de tornillo sin fin, el rango práctico de par es aproximadamente de 100 a 5.000 Nm en los tamaños de carcasa estándar de la serie R, lo que cubre todos los tornillos de servicio ligero y la mayoría de los de servicio pesado dentro de la banda.

Utilice la serie K cuando el tornillo esté inclinado y el eje del tornillo termine a una altura distinta de la del motor, o cuando la disposición del canal requiera un accionamiento en ángulo recto. La serie K también es preferible cuando el tornillo trabaja a carga alta y la primera etapa helicoidal cónica aporta un engrane más silencioso y robusto que un par coaxial. Para tornillos inclinados abrasivos en plantas de cemento y fertilizantes, la serie K es la selección por defecto por encima de aproximadamente 5 kW. Las reglas de montaje y la orientación del tapón respiradero según la posición se detallan en el artículo de posiciones de montaje referenciado anteriormente.

Sin fin (NMRV / CWU) para tornillos inclinados y de pequeña salida

Los reductores de sin fin —la gama NMRV y la combinación motorreductor de sin fin CWU— se ajustan al extremo inferior de la envolvente del transportador de tornillo sin fin: tornillos pequeños de 0,37 a 5,5 kW, relaciones de 5:1 hasta 40:1 o 60:1, y tornillos inclinados donde el accionamiento en ángulo recto y la característica de autobloqueo del sin fin son una ventaja. La gama mecánica completa de NMRV y CWU, incluyendo rango de relaciones, brida de motor y opciones de salida, se presenta en «Selección de reductores de sin fin NMRV WP CWU».

La envolvente en ángulo recto es la razón principal por la que aún se seleccionan unidades de sin fin para transportadores de tornillo sin fin, aunque la serie K helicoidal cónica pueda técnicamente cubrir el mismo rango. Las combinaciones CWU se entregan como un único motorreductor de sin fin con entrada IEC adaptada, lo que acorta el tiempo de ensamblaje del integrador y elimina la etapa de alineación entre el motor y el reductor. El NMRV con motor separado y acoplamiento se utiliza cuando el integrador ya tiene un motor estándar seleccionado para otras partes de la máquina.

Dos puntos a vigilar en tornillos. Primero, los reductores de sin fin no toleran polvo abrasivo en el retén de salida; las unidades de sin fin de eje pasante y suspensión central deben añadir una protección de fieltro o retén de labio en el extremo del canal. Segundo, el rendimiento del sin fin cae a relaciones altas —confirme que la potencia nominal del reductor se compara con la potencia del tornillo con FS aplicado; si la capacidad térmica resultante queda justa, suba un tamaño de carcasa en lugar de un escalón de relación.

Eje hueco montado sobre eje con brazo de reacción

Para disposiciones de suspensión central o montaje sobre eje, la selección estándar es un reductor de eje hueco con disco de contracción o agujero chavetado y un brazo de reacción que devuelve el par de la carcasa a la estructura del canal. La interfaz mecánica del eje hueco se documenta en detalle en «Eje macizo frente a reductor de eje hueco»; para transportadores de tornillo sin fin, la opción de eje hueco se elige casi siempre, porque el eje del tornillo puede insertarse en el reductor sin desplazar el conjunto de accionamiento.

Monte el disco de contracción para tornillos por encima de aproximadamente 5 kW donde existan cargas de impacto o ciclos de inversión; un eje hueco chavetado con dos prisioneros o una chaveta y un antirretroceso es aceptable en tornillos horizontales de servicio ligero. Confirme que la estructura del canal puede soportar la fuerza de reacción del brazo de reacción; en tornillos largos o inclinados la fuerza de reacción puede ser de varios cientos de newtons y debe anclarse a una zona rígida de la estructura, no a una protección de chapa. El brazo de reacción forma parte del alcance del OEM, no del alcance del reductor, y debe figurar en el plano de conjunto general del transportador.

Las disposiciones sobre eje se combinan bien con la serie helicoidal cónica K en tornillos inclinados, con unidades cicloidales en tornillos inclinados o verticales pesados por encima de 22 kW, y con unidades de sin fin CWU en tornillos inclinados pequeños. El tren de piñón y cicloide cicloidal ofrece una opción de salida lenta con muy alta densidad de par para tornillos verticales donde el reductor se sitúa en la misma zona abrasiva que el eje del tornillo; este es uno de los casos en los que el rango de relaciones puede extenderse bastante más allá de 40:1 y el método de capacidad térmica sustituye al dimensionado mecánico.

Protección superficial para cemento, fertilizante y polvo abrasivo

En plantas de cemento, fertilizante, cal, ceniza volante, mineral y similares, el reductor queda expuesto a polvo abrasivo y corrosivo que ataca pintura, retenes y respiraderos. Especifique la protección superficial frente al entorno real, no frente a una etiqueta genérica de intemperie, porque la agresividad del polvo de cemento y del polvo de fertilizante es muy superior a la de la humedad exterior sola.

Para plantas de cemento, cal o yeso en seco: capa de acabado de epoxi-poliuretano más imprimación rica en zinc, placa de características de acero inoxidable o zincada, tapón respiradero sellado en lugar del respiradero abierto estándar, y retén de labio antipolvo en el eje de salida. Para plantas de fertilizante húmedo, urea perlada o sulfato amónico: el mismo sistema de recubrimiento más un retén adicional de eje en acero inoxidable y un respiradero de acero inoxidable, porque el medio es a la vez abrasivo y ligeramente corrosivo. Para transportadores a la intemperie con exposición climática más polvo, se prefiere un techo o cubierta; si no es posible, el reductor se suministra con recubrimiento de calidad marina y herrajes de acero inoxidable en la caja de conexiones.

Las elecciones de retén de aceite y respiradero van ligadas al recubrimiento. Los retenes de labio en nitrilo o FKM son estándar; se requiere FKM para polvo de fertilizante y mineral por encima de 60 °C de temperatura del reductor. El tapón respiradero debe estar en la cara superior de la carcasa en todas las posiciones de montaje, incluidas M1 a M6, y debe montarse remotamente o con filtro si el reductor está dentro de un canal o en una zona cargada de polvo.

Notas sobre envolvente y personalización OEM

La mayoría de los OEM de transportadores de tornillo sin fin toman el reductor modular estándar y añaden tres personalizaciones: un color de pintura y etiqueta específicos, un agujero de salida o disco de contracción personalizado para el eje del tornillo, y una posición de montaje personalizada en la carcasa del reductor. Estas personalizaciones son habituales y el plazo de entrega normalmente no se ve afectado.

Pintura: gris neutro o el color corporativo del OEM aplicado sobre la capa de acabado epoxi estándar, con el número de pieza del OEM y el número de serie del transportador en la placa de características. Etiquetas: la marca del OEM en la placa de datos, con la relación de transmisión, la posición de montaje, el grado y la cantidad de aceite para la posición de montaje real indicados en la placa de características, de modo que el usuario final nunca tenga que adivinar en el primer llenado. Agujero de salida: eje hueco mecanizado al diámetro de eje de tornillo del integrador con chavetero y disco de contracción en el lado del tornillo, o con dos prisioneros para tornillos de servicio ligero.

Embalaje de exportación: cartón de triple pared con bolsa de polietileno y desecante de gel de sílice en su interior, caja de madera o contrachapado para transporte marítimo, y la pegatina de la placa de características repetida en el exterior de la caja. Para plantas de cemento y fertilizante con destino a climas tropicales o húmedos, añadir una bolsa de aluminio termosellada dentro de la bolsa de polietileno para mantener la humedad del aire salino fuera del respiradero y los retenes durante la travesía.

Lista de comprobación de consulta para transportadores de tornillo sin fin

Para obtener una cotización limpia, envíe los siguientes datos a sales@chinfar.com de modo que la selección del reductor pueda cerrarse en una sola ronda:

• Diámetro del tornillo (mm), paso del hélice (mm), tipo de hélice y longitud del canal.
• Material transportado, densidad aparente (kg/m³), tamaño de partícula, humedad y abrasividad.
• Caudal requerido (t/h) y velocidad requerida del eje del tornillo (rpm).
• Potencia calculada en el eje del tornillo (kW) y factor de servicio aplicado (FS 1,0–1,6 ligero, 1,6–2,5 pesado).
• Potencia del motor, velocidad del motor, tamaño de carcasa del motor (IEC o NEMA) y tensión / frecuencia de alimentación.
• Disposición del accionamiento: extremo de canal, eje pasante o montado sobre eje con brazo de reacción.
• Ángulo de inclinación (0°, 15°, 30° o vertical), posición de instalación (M1–M6) y condiciones ambientales.
• Horas de operación por día, arranques por hora, servicio a dos o tres turnos y temperatura ambiente.
• Interfaz del lado de salida: agujero de eje hueco (mm), chavetero, disco de contracción, cadena o acoplamiento.
• Protección superficial: epoxi estándar, recubrimiento mejorado para cemento / fertilizante o calidad marina; atmósfera ambiental (cemento, fertilizante, ceniza volante, mineral, azúcar, grano, etc.).
• Posición de montaje del tapón respiradero (cara superior en M1–M6), grado y cantidad de aceite en la posición real.
• Para entregas OEM: color de pintura requerido, marca y número de pieza del OEM en la placa de características, disposición de etiquetas, embalaje y puerto de destino.

Envíe planos o fotografías de la disposición del canal cuando estén disponibles; un croquis con la altura del centro del motor, la posición del extremo del canal y el punto de reacción del brazo de reacción ahorra al menos una ronda de selección del reductor.

La selección del reductor para transportadores de tornillo sin fin es un ejercicio rutinario de OEM una vez que el cálculo del tornillo, la banda del factor de servicio y la disposición mecánica están claros. La marca conjunta HUIGUANG × CHENGFA Transmission, con la serie R helicoidal coaxial, la serie K helicoidal cónica y las unidades de sin fin NMRV / CWU, respaldada por opciones sobre eje y cicloidales para servicios más pesados, cubre la envolvente completa de 0,37 a 22 kW para cemento y fertilizante en el rango de relación 5:1 a 40:1 con tornillos de Ø100 a Ø500 mm. La marca conjunta HUIGUANG × CHENGFA Transmission apoya a fabricantes de equipos OEM, integradores de sistemas e ingenieros de compras en el extranjero en accionamientos de transportadores de tornillo sin fin para manejo de materiales a granel en todo el mundo, con documentación de ingeniería, etiquetado OEM y embalaje de exportación gestionados como parte del proceso estándar de consulta.