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Rosca Transportadora Dimensionamento
Autor: Eng.º Mec. Diogo Piszxzalka
www.manufacturing.com.br
Sumário
1.0 Histórias da Rosca Transportadora ....................................................................... 3
2.1 Carcaça ............................................................................................................... 6
2.2 Hélice (helicoide) ............................................................................................... 7
3.0 Dimensionamentos do TH ..................................................................................... 9
3.1 Dimensionamento do Diâmetro da hélice. ....................................................... 10
3.2 Determinação da área ocupada pelo material no TH. ...................................... 11
3.3 Determinação do número de hélices do transportador. .................................... 11
3.4 Velocidade deslocamento no interior do transportador ................................... 12
3.5 Velocidade deslocamento no interior do transportador ................................... 12
3.6 Dimensionamento das chapas do transportador helicoidal .............................. 13
3.7 Dimensionamento da quantidade de chapas necessária para tampa (T) .......... 14
3.8 Dimensionamento da potência requerida do TH. ............................................ 15
4.0 Alguns arranjos para TH ..................................................................................... 16
5.0 Funcionamento .................................................................................................... 16
6.0 Exemplos de alguns projetos de transportador helicoidal. .................................. 17
6.1 TH na posição plana ......................................................................................... 17
7.0 Referências. ......................................................................................................... 19
Lista de Figuras
Figura 1: Parafuso de Arquimedes .............................................................................. 3
Figura 2: Fotos de sistemas helicoidais ....................................................................... 4
Figura 3: Partes de um Transportador Helicoidal ....................................................... 5
Figura 4: Carcaça com jaquetamento .......................................................................... 6
Figura 5: Carcaça com chuveiro .................................................................................. 6
Figura 6: Helicoides com entradas diferentes ............................................................. 7
Figura 7: Folga do helicoil entre 3 e 8mm .................................................................. 7
Figura 8:Hélice simples .............................................................................................. 8
Figura 9: Hélice com Dentes ....................................................................................... 8
Figura 10: Hélices com pás ......................................................................................... 8
Figura 11: Hélice com fitas múltiplas (esquerda), simples (direita) ........................... 9
Figura 12: Especificações das chapas do transportador helicoidal ........................... 13
Figura 13: Especificações da tampa do transportador helicoidal .............................. 14
Figura 14: Arranjos para transportadores helicoidais. .............................................. 16
Figura 15: Transportadores na posição plana (H=0) ................................................. 17
Figura 16: TH na posição inclinada. ......................................................................... 18
1.0 Histórias da Rosca Transportadora
O sistema de transportadores helicoidais é um dos mais antigos, também
chamado de parafuso de Arquimedes (invenção atribuída ao filósofo e matemático,
que viveu entre 212 a 287ª. C) e foi utilizado pelas mais remotas civilizações como
dispositivo para transportar diversos materiais de um nível para o outro.
A civilização egípcia, como exemplo o utilizou no transporte de água para as
minas, poços e do rio Nilo para as áreas mais elevadas. O sistema helicoidal trata-se
simplesmente de uma rosca embutida em um tubo, que ao momento em que o
conjunto gira o material em contato com o mecanismo é transportado até
transbordar na outra extremidade. Outra curiosidade que podemos destacar é a
semelhança da furadeira utilizado em serviços de carpintaria, com o sistema
helicoidal que já era utilizado na Grécia, antes do século III a.C.
Figura 1: Parafuso de Arquimedes
Os sólidos de depositam na parede interna do tambor devido a influencia da
força centrípeta ( força que puxa um corpo para o centro da trajetória em um
movimento curvilíneo ou circula). Neste processo a rosca atua como a ferramenta de
transporte dentro de um decante. Ela gira com uma rotação diferencial (Em relação
ao Tambor) e transporta os sólidos depositados para as extremidades do tambor.
Além do que foi mencionado, a rotação diferencial determina o tempo de
permanência do sólido no tambor. Consequentemente, a rotação diferencial possui
um efeito decisivo na vazão que o transportador helicoidal deverá proporcionar.
Além da rotação outros fatores contribuem também para o dimensionamento e a
capacidade de transporte de um sistema helicoidal, entre eles podemos destacar o
diâmetro do transportador, a distância do passo da rosca transportadora podendo
este variar de acordo a necessidade do equipamento, velocidade de rotação
conforme já foi mencionada acima, ângulo de inclinação da rosca transportadora,
tamanho da granulométrica do material, densidade do material a ser transportado e
taxa de carregamento do transportador, ou seja, o quanto de carga o transportador
estará exposto durante a execução do trabalho.
Com base nestas informações acima aprenderemos a dimensionar uma rosca
transportadora de acordo com as nossas necessidades, levando em consideração nos
cálculos todos os fatores que foram e serão vistos de forma mais detalhada nos
próximos capítulos deste artigo.
Figura 2: Fotos de sistemas helicoidais
2.0 Componentes de um Transportador Helicoidal (TH)
Das análises características dos transportadores mecânicos podemos encontrar
um aspecto de diferenciação entre ele, no que se refere ao movimento relativo. O
transportador helicoidal é um dos que apresentam movimento relativo entre o
material e a sua estrutura. Utilizado para pequenas vazões em pequenas distâncias, o
transportador helicoidal pode ter a função agregada de misturador ou separador dos
materiais transportados. Pode ser utilizado também para aquecimento ou
resfriamento destes materiais, inclusive para amenizar impactos em um sistema
integrado.
Em uma configuração básica, podemos determinar os seguintes componentes
de um TH, além do conjunto de partida.
Figura 3: Partes de um Transportador Helicoidal
A) Hélice ou helicoide
B) Componentes de travamento e segurança
C) Mancais intermediários
D) Tampas de fechamento
E) Calha limitadora de carga (Carcaça)
F) Flange de fixação
G) Boca de descarga
H) Suporte de fixação
Sua configuração varia muito de acordo com o tipo de material e sua função
no sistema integrado. Podemos determinar que a taxa de ocupação de material em
seu interior não deve ultrapassar 50% do volume do transportador.
2.1 Carcaça
Pode ser classificada como aberta ou fechada e dentre estes as seguintes
características:
Carcaça com jaquetamento – é utilizada nos transportadores onde seja necessário
o resfriamento ou aquecimento do material transportado, através da passagem de
fluidos em uma câmara intermediária na carcaça.
Figura 4: Carcaça com jaquetamento
Carcaça com chuveiro – é utilizada onde seja necessário agregar líquido ao
material.
Figura 5: Carcaça com chuveiro
2.2 Hélice (helicoide)
Pode ser encontrado em diferentes formatos a depender da utilização do
transportador e da necessidade de atuar sobre o material transportado. Deve-se
analisar o sentido de giro do transportador se anti-horário ou horário e determinar
uma folga entre 3 e 8mm entre a carcaça e o helicoide. Esta folga depende
diretamente da espessura do material a ser transportado. Por Exemplo, caso seja
algum cereal deve haver uma folga que não danifique os cereais durante o
transporte, como a moagem ou a quebra de grãos.
Figura 6: Helicoides com entradas diferentes
Figura 7: Folga do helicoil entre 3 e 8mm
Deste modo, encontramos os seguintes tipos principais:
Hélice simples – pode ser encontrado em passos diferentes a depender do fluxo de
material desejado.
Figura 8:Hélice simples
Hélice com dentes – utilizado para transporte onde seja necessário principalmente
desagregar os componentes do material transportado, como a remoção de detritos e
partículas que são movidos junto a grão de cereais.
Figura 9: Hélice com Dentes
Hélice com pás – Utilizado para transporte onde seja necessário misturar os
materiais transportados, podendo-se regular o trabalho das pás, para obter vários
graus deferentes de mistura.
Figura 10: Hélices com pás
Hélices em fita dupla ou múltiplas - Utilizado para transportes de matérias que
apresentem características viscosas ou pegajosas, com a tendência de aderir as
paredes do transportador.
Figura 11: Hélice com fitas múltiplas (esquerda), simples (direita)
3.0 Dimensionamentos do TH
O transportador Helicoidal geralmente é montado na horizontal ou com
inclinação máxima de 20º com a horizontal. No entanto existem TH montados
também na vertical, porem nesses casos existe algumas restrições para, como por
exemplo: o tamanho e o tipo de material a ser transportado.
Devidamente como já mencionado no início deste artigo, para o
dimensionamento de um TH precisamos levar em consideração alguns fatores que
jamais devem ser ignorados no seu dimensionamento, fatores como: Peso
especifico do material, fator de correção do ângulo de inclinação do TH, velocidade
de giro do eixo (esta deve ser arbitrada), fator de correção do volume ocupado, área
ocupada pelo material e o número de hélices. Todas estas informações precisam ser
levadas em consideração em nossos cálculos a fim de garantirmos um correto
dimensionamento do sistema, sempre preservando pela segurança e qualidade do
projeto, bem como a garantia do correto investimento, afim de não
superdimensionar todo o sistema, evitando com isso, um gasto desnecessário
durante o projeto. Com base nestas informações aqui já mencionadas, e com a
utilização das equações abaixo podemos dar início ao dimensionamento do sistema.
3.1 Dimensionamento do Diâmetro da hélice.
Para o dimensionamento do diâmetro da hélice usaremos a equação de
número (1) que nos fornecerá o correto diâmetro de acordo com a necessidade
exigida, porem para que dimensionarmos o diâmetro do helicoil, precisamos saber
qual é a vazão que precisamos para o sistema, geralmente esta vazão vai depender
de outras etapas do processo para qual o sistema estará sendo dimensionado. Por
exemplo: um transportador que alimentará um triturador de grão que grão que tem
capacidade de triturar 1t/h, logicamente o nosso transportador precisará entregar ao
equipamento uma vazão de 1t/h, caso contrário poderemos estar perdendo
produtividade ou sobrecarregando todo o sistema se dimensionarmos com mais ou
menos capacidade o transportador.
Onde:
D = Diâmetro do helicoil
K = Fator de correção do ângulo de inclinação do TH (Ver tabela 1)
N = Velocidade do eixo (Rpm) – Arbitrado
Fator correção x ângulo de inclinação;
β 0º 5º 10º 15º 20º
K 1 0,9 0,8 0,7 0,6
Tabela 1: Fatores de correções para ângulo de inclinação
(1)
3.2 Determinação da área ocupada pelo material no TH.
Para determinarmos a área ocupada pelo material no transportador
utilizaremos a equação (2).
Onde:
S = Área ocupada pelo material
D = Diâmetro do helicoil
3.3 Determinação do número de hélices do transportador.
Para determinarmos o número de hélices para um transportador helicoidal
precisamos levar em considerações duas informações muito importantes, sendo elas,
o comprimento do TH e passo da hélice, com estas duas informações definidas e
com a utilização da equação (3) abaixo podemos definir a número de hélices.
Onde:
L = Comprimento do TH
t = Passo da hélice
Sendo este determinado com: t = D - Não abrasivo
t = D - Pouco abrasivo
t = D - Abrasivo
t = D – Muito abrasivo
(2)
(3)
Para definição do nível de abrasividade dos materiais (t), aconselhamos
conhecer melhor a sua estrutura e o seu comportamento, em caso de dúvidas ou pela
falta de informação, recomendamos a utilização do fator de muita abrasividade.
3.4 Velocidade deslocamento no interior do transportador
Para definirmos a velocidade de deslocamento do material no interior do
transportador devemos levar em consideração o passo da hélice e o numero de
rotações por minuto que o nosso transportador estará em trabalho, sendo assim com
a utilização da equação de número (4) podemos definir a velocidade de
deslocamento do material.
Onde:
t = passo da hélice
N = Número de rotações por minuto (arbitrado)
Sendo as condições de trabalho ideais
0,2 = V = 0,4 m/s
Se V for maior que 0,4m/s, diminuirmos N.
Se V for menor que 0,2m/s aumentar N.
3.5 Velocidade deslocamento no interior do transportador
Para determinação da vazão do transportador helicoidal necessário de faz a
possuirmos as informações acimas já calculadas, pois as mesmas se fazem
necessárias para o dimensionamento do TH, para o dimensionamento da vazão do
TH utilizaremos a equação (5).
(4)
Q (
) (
)
Onde:
g = Força gravidade
K = fator de correção do ângulo de inclinação do TH
π = Pi (3.14)
D = Diâmetro da hélice
t = Passo da hélice
N = velocidade do eixo (Rpm)
3.6 Dimensionamento das chapas do transportador helicoidal
Para dimensionarmos a quantidade de chapas para transportador helicoidal
utilizamos a equação de número (6).
)
(
) )
Figura 12: Especificações das chapas do transportador helicoidal
(5)
(6)
Onde:
L = Comprimento do transportador
D = Diâmetro da hélice
= Folga 1
= Folga 2
= Folga 3
3.7 Dimensionamento da quantidade de chapas necessária para tampa (T)
T )
Figura 13: Especificações da tampa do transportador helicoidal
Onde:
L = Comprimento do TH
D = Diâmetro da hélice
= Folga 1
= Folga 3
= Folga 4
= Folga 5
(7)
3.8 Dimensionamento da potência requerida do TH.
Para dimensionarmos a potência requerida do TH após o dimensionamento
das outras etapas acima, utilizaremos a equação de número (7).
)
Onde;
Q = Vazão em (t/h)
H = Altura em (m)
Co = Adimensional
L = Comprimento (m)
Obs.. Para o transporte horizontal H=0 utilizaremos a equação de
número (9).
)
Para determinação do Co, devermos levar em consideração a resistência
oferecida pelo material que será transportado, na definição desta resistência,
utilizaremos a tabela abaixo para definição deste fator. Obs. Em caso de dúvida
quanto à resistência do material, deve ser utilizado o fator com de maior constante.
Co – Coeficiente de resistência de acordo com o material
1,2 Pó- Granuloso
1,6 Materiais geometria regular
2,5 Materiais geometria irregular
4,0 Pedaços
Tabela 2: Coeficiente de resistência do material
(8)
Obs. A cada giro do eixo, o material avança o passo (t), o material ocupa 40%
do espeço útil da carcaça (inferior).
1Kw = 1,34HP
4.0 Alguns arranjos para TH
Os transportadores helicoidais podem ser utilizados de várias configurações,
estas dependem da necessidade e cada aplicação. As configurações que mais
possuem aplicação são as demostradas abaixo.
Obs. Recomenda-se o uso de mancais intermediários para eixo maior que 3m.
Figura 14: Arranjos para transportadores helicoidais.
5.0 Funcionamento
O funcionamento do transportador helicoidal tem como princípio básico a
presença de correias que passam por polias ou a assistência de um motoredutor.
Esse último retira a necessidade de um operador, o que facilita a rotina de trabalho.
Porém, é importante que a fiscalização seja constante para que o produto final seja
de qualidade. Dependendo das necessidades, as características e peças podem ser
adaptadas.
A calha que envolve o transportador helicoidal é como se fosse uma carcaça
para receber uma hélice com formato em “U”. Ao girar a helicóide, ele lança o
material para frente dele. Isso impulsiona o produto, levando-o de uma ponta a
outra. As helicoides, por exemplo, podem ser de vários tipos, conforme já
comentamos acima.
Em resumo, as principais vantagens encontradas na escolha do equipamento
são: transporte de uma variedade de produtos granulados, manutenção e reposição
de peças de forma simplificada, baixo custo e instalação em lugares grandes ou
pequenos, dependendo do espaço a ser transportado.
6.0 Exemplos de alguns projetos de transportador helicoidal.
6.1 TH na posição plana
Figura 15: Transportadores na posição plana (H=0)
6.1 TH na posição inclinada
Figura 16: TH na posição inclinada.
7.0 Referências.
http://www.sntmaquinas.com.br/transportador-helicoidal
https://www.google.com.br/search?q=exemplos+de+transportadores+heli
coidais&tbm
http://www.screw.ind.br/novidades/235/Historia-do-Transportador-
Helicoidal/10/10
A .WEBER, Armazenagem agrícola, 1ª ed, Porto Alegre, 1995.
CANAVATE ORTIZ J, Las Maquinas Agricolas, 3ª ed, Madrid, 1987
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