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DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS II FIME - UNPRG

ELEVADOR DE CANGILONES

Estas unidades son conocidas también con el nombre de elevadores de “Cestas” o

“capachos” y esta compuesta por cangilones “Capachos” de acero o hierro maleable las

que van fijadas a una cadena sin fin, cadenas gemelas o una faja; produciéndose el

transporte al girar estas cadenas o fajas alrededor de dos poleas, el de cabeza y el de cola.

Los cangilones en su movimiento elevan materiales pulverizados, en terrones o granulados

en una trayectoria generalmente vertical y a veces inclinada.

Estos elevadores son los mas eficientes para producir movimiento vertical en masa de

productos de flujo relativamente fácil, como azúcar, arroz, sal y cereales. También se

pueden transportar productos ligeros, flojos, pegajosos o húmedos pero se necesitan

aparatos especiales. Son bastante utilizados en las plantas de proceso.

ELEMENTOS DE UN ELEVADOR DE CANGILONES: Los elementos de un

elevador de cangilones son:

A) LOS CANGILONES: llamados también capachos o cestas, que se encuentran

empernados a la faja de trecho en trecho, sirven para elevar el material.

B) UNA FAJA, UNA CADENA O UN PAR DE CADENAS GEMELAS: que

llevan los cangilones y transmiten la tensión.

C) POLEAS DE CABEZA Y DE COLA: generalmente la polea de cabeza (polea

motriz) se encuentra en la parte superior.

TIPOS DE ELEVADORES DE CANGILONES: Los tipos normales más adecuados

para elevar pequeños granos, “pellets” y otros materiales de flujo relativamente fácil (flujo

libre) son los siguientes:

a) ELEVADOR DE ALTA VELOCIDAD Y DESCARGA CENTRÍFUGA: Este tipo

de elevadores son los mas adecuados para elevar materiales de flujo libre. Consta de un

solo ramal de cadena (una cadena) o una banda con cangilones espaciados adecuada y

uniformemente de modo que puedan lanzar el material por acción centrífuga cuando dan la

vuelta sobre la polea de cabeza y evitar interferencia en la descarga. Los cangilones

recogen su carga directamente de una canaleta o escarbando del interior de la caja de carga

convenientemente curvado, cuando dan la vuelta alrededor de la polea de pie. Este tipo de

“DISEÑO DE UN ELEVADOR DE CANGILONES” 1


unidades es el costo inicial más bajo y se especifica para capacidades pequeñas y

medianas. Para el caso de capacidades mayores puede utilizarse el elevador de banda y

cangilones, si el material a elevarse esta pulverizado o granulado. Corrientemente la

descarga se hace cuando la línea que une el centro de los cangilones con el centro de la

polea de cabeza hace un ángulo de aproximadamente 45° con la vertical. En este método

de descarga la velocidad lineal de las cadenas es critica si se quiere que el producto caiga

dentro del canal de salida con un esparcimiento mínimo hacia el ramal de bajada.

En general, se necesitan velocidades lineales de 250 a 300 pies/min. A estas grandes

velocidades se utilizan transportadores de faja (banda), habiéndose observado un

considerable desgaste y un desgarramiento de los aparatos en funcionamiento.

b) ELEVADORES DE BAJA VELOCIDAD Y DESCARGA POSITIVA O

PERFECTA: Este tipo consta de cangilones suspendidos a intervalos entre dos cadenas

gemelas las que son dobladas hacia adentro a su salida de la polea de cabeza; las cadenas

son dobladas hacia adentro por dos poleas adicionales, dentadas y localizadas

inmediatamente debajo de la polea de cabeza. La descarga se efectúa principalmente por

gravedad sobre una canaleta de descarga localizada justamente debajo de la polea de

cabeza y el recojo del material es similar al del tipo de descarga centrífuga.

En general operan a velocidades lineales de 150 pies/min para la descarga de materiales

muy livianos, polvorientos, pegajosos o harinosos que no descargarían fácilmente con el

tipo de descarga centrífuga. Por ser lentos originan una reducción en el desgaste,

desgarramiento y riesgos de chispas en comparación con los sistemas de descarga

centrífuga.

c) ELEVADORES DE BAJA VELOCIDAD Y DESCARGA CONTINUA: Este tipo

consiste en una serie de cangilones colocados muy próximos unos de otros que van

montados en una faja, en una cadena o dos cadenas. El frente de cada cangilón esta

formado de tal manera que actúa como un deflector o canaleta para el material que esta

siendo descargado del siguiente cangilón mientras pasa sobre la polea de cabeza, de esta

manera se evítale inconveniente del esparcimiento sobre el ramal de bajada. La separación

de los cangilones, es pequeña, de forma que la descarga es prácticamente continua.



En general, se necesitan bajas velocidades lineales siendo alrededor de 225 pies/min, por

operar a bajas velocidades se recomienda para materiales frágiles como carbón y

materiales pesados tales como arena y minerales.

Este tipo necesita un alimentador ya que sea de canaleta o de tornillo, para introducir el

material dos o tres cangilones sobre el centro de la polea de pie (cola); esto se hace para

controlar la alimentación, ya que la acumulación del material en la base del elevador

( conocido con el nombre de bota) ejerce un esfuerzo considerable sobre la faja o cadena

que arrastran los cangilones. Estas unidades se recomiendan para capacidades que varían

desde moderadas hasta muy grandes.

CANGILONES

CAPACIDAD Y FORMA DE LOS CANGILONES: Existen varias formas y tamaños

de cangilones en el mercado, los mas usados son tres tipos:

a) CANDILÓN DE TIPO MINNEAPOLIS O ESTÁNDAR (ESTILO A): se usan

generalmente, para la elevación de material en grano, en terrones o ligeramente terrenosos

y seco que no sea pegajoso.

b) CANDILÓN DE ACERO ESTAMPADO (ESTILO SC): Se usa para manipulación

de materiales pesados y grandes terrones, como carbón, piedra y roca triturada, pero su

mayor aplicación se encuentra en la manipulación de material pegajosos que tienden a

apelmazarse en los cangilones, tales como azúcar húmedo.

c) CANGILONES APLASTADOS (ESTILO C): Se usan para recoger materiales que

tienden a pegarse o apelmazarse en otros tipos de cangilones.

TABLA DE DIMENSIONES DE CANGILONES

ESTILO “A”

Tamaño de cangilones (pulg) Capacidad

(pies3)

Peso aprox.

(lbs)

Espesor aprox.

C

Radio aprox.

RLog. Proyec. Profun.

4

5

2 ¾

3 ½

3

3 ¾

0.009

0.018

1.0

1.5

5/64

5/64

7/8

1 1/8



6

7

8

9

10

11

12

12

14

14

14

16

16

18

18

20

24

4

4 ¼

5

6

6

6

6

7

6

7

8

7

8

8

10

8

8

4 ¼

5

5 ½

6 ¼

6 ¼

6 ¼

6 ¼

7 ¼

6 ¼

7 ¼

8 ½

7 ¼

8 ½

8 ½

10 ½

8 ½

8 ½

0.030

0.050

0.068

0.107

0.119

0.122

0.131

0.194

0.210

0.226

0.286

0.256

0.339

0.381

0.565

0.423

0.510

2.5

3.1

4.4

6.1

6.9

7.7

8.5

11.0

10.1

12.9

16.7

14.8

18.8

21.7

33.0

23.6

27.5

3/32

3/32

3/32

1/8

7/64

7/64

7/64

9/64

7/64

9/64

11/64

9/64

11/64

11/64

13/64

11/64

11/64

1 ¼

1 3/8

1 ½

2

2

2

2

2 3/8

2

2 3/8

2 ¾

2 3/8

2 ¾

2 ¾

3 ¼

2 ¾

2 ¾

ESTILO “SC”


(pies3)

Peso aprox.

(lbs)

Espesor aprox.

C

Radio aprox.


8

10

12

14

16

18

20

6

8

8

8

8

8

8

5

7

7

7

7

7

7

0.073

0.170

0.210

0.245

0.280

0.317

0.354

5.6

10.4

14.0

16.2

18.5

22.0

25.5

5/32

3/16

3/16

3/16

3/16

3/16

3/16

------

------

------

------

------

------

------

ESTILO “C”


(pies3)

Peso aprox.

(lbs)

Espesor aprox.

C

Radio aprox.




6

8

10

12

12

14

16

4 ½

4 ½

5

5

6

7

7

4

4

4

4

8

5 ½

5 ½

0.028

0.039

0.046

0.058

0.109

0.131

0.164

2.0

2.8

4.0

4.8

6.6

8.5

10.5

3/32

3/32

3/32

3/32

7/64

9/64

9/64

------

------

------

------

------

------

------

SUJECIÓN DE LOS CANGILONES ALAS FAJAS: Los cangilones estan sujetos a las

fajas por medio de tornillos de cabeza plana, de cabeza ovalada o de cabeza plana con

ranura. Los diámetros de tornillos mas usados son: 3/16, ¾, 5/16 ó 3/8 de pulgada. El

numero de tornillos esta en función del tamaño de los cangilones, según la siguiente tabla:

Longitud del cangilón (pulg) Numero de tornillos

3 a 6

7 a 10

11 a 14

14 a 17

18 a 22

24 a 30

2

3

4

5

6

7

La longitud de los tornillos se establece según el espesor de la faja que se utiliza, como se

puede apreciar en la siguiente tabla:

N° de capas en la faja 4 5 6 8

Longitud de los tornillos (pulg) 3/4 1 1 1 ¼

CAPACIDAD DEL ELEVADOR DE CANGILONES: depende de:

a) Las propiedades físicas del material transportado (su contenido en humedad, angulo de

reposo, propiedades del flujo y formas del cristal).

b) La forma y espaciamiento de los cangilones.

c) Velocidad a la que se desplaza la faja, cadena o cadenas que lleva los cangilones.



d) El método de alimentación del elevador.

e) El método de descarga del elevador.

Los cangilones deben estar adecuados y uniformemente espaciados para evitar

interferencia con la descarga de los cangilones precedentes. Debido a la dirección de la

fuerza de descarga, el espaciamiento de los cangilones en los elevadores de alta velocidad

puede ser menor que de los de velocidad moderada. En general, el espaciamiento de los

cangilones será de uno y medio a tres veces el ancho proyectado.

Se considera que la capacidad de un cangilón es de 85 a 90% del volumen enrasado para el

caso de elevadores de alta velocidad, si se dispone la alimentación para que el carguío se

realice a la altura del centro del eje de la polea de cola o sobre el eje de la polea. Si se

carga debajo del eje de la polea de cola, la capacidad se puede reducir a 80% del volumen

enrasado. En el caso de elevadores de velocidades moderadas, los cangilones deben ser

llenados el 90% de su volumen enrasado.

La ecuación utilizada para determinar la capacidad del cangilón es:

Donde:

Q : capacidad del elevador (ton/hora)

C : capacidad del cangilón (lbs)

S : velocidad (pies por min.)

E : espaciamiento entre cangilones (pies)

POTENCIA DEL ELEVADOR: Es la que se necesita para descargar el material, para

mover una pequeña cantidad de aire y para vencer la fricción en los cojinetes y otros

componentes. En general el elevador de cangilones tiene una alta eficiencia de elevación.

En la práctica se ah encontrado que la potencia real (potencia entregada por el motor) es de

10 a 15% mayor que la requerida para elevar el material y descargar (potencia teórica).

Las ecuaciones para determinar la potencia teórica son:

a) Potencia para elevadores de cangilones espaciados:



b) Potencia para mover elevadores de cangilones continuos:

Donde:

Q : capacidad del elevador (ton/hora)

H : altura de elevación (pies)

Al determinar la potencia es recomendable considerar la capacidad del elevador calculado

con el volumen enrasado de cada cangilón. Para evitar sobrecargas de consumo de potencia

dl motor en caso de producirse una alimentación alta y los cangilones sean llenados

bastante por encima del centro de la polea de cola.

ESPECIFICACIONES DE ELEVADORES DE CANGILONES DE DESCARGA

CENTRÍFUGA, DE CANGILONES DE HIERRO FUNDIDO O ACERO Y SUJETADOS

O ADHERIDOS EN UNA FAJA .



Dimensión de

cangilón

(pulg.)

Elevac.

(pies)

Capac.

(Ton/hr)

(1)

Tamaño

terrones

Manejado

(pulg.)

Veloc.

Cangilón

(ppm)

RPM

polea

cabeza

HP

(2)

HP

Adicio

nal (3)

Espacio

Cangilon

(pulg.)

Deje

(pulg.)

Dpolea

(pulg.)

cabeza cola cabeza

6 x 4 x 4 ¼

8 x 5 x 5

½

9 x 6 x 6

¼

12 x 7 x 7

¼

13 x 7 x 7

¼

15 x 8 x 8

½

25

50

75

25

50

75

25

50

75

25

50

75

25

50

75

25

50

75

14

14

14

27

30

30

45

52

52

75

84

84

100

100

100

150

150

150

¾

¾

¾

1

1

1

1 ¼

1 ¼

1 ¼

1 ½

1 ½

1 ½

1 ¾

1 ¾

1 ¾

2

2

2

225

225

225

225

260

260

225

260

260

260

300

300

300

300

300

300

300

300

43

43

43

43

41

41

43

41

41

41

38

38

38

38

38

38

38

38

1.0

1.6

2.1

1.6

3.5

4.8

3.0

5.2

7.2

4.7

8.9

11.7

7.3

11.0

14.3

8.5

12.6

16.7

0.02

0.02

0.02

0.04

0.05

0.05

0.063

0.07

0.07

0.1

0.115

0.115

0.14

0.14

0.14

0.165

0.165

0.165

12

12

12

14

14

14

16

16

16

18

18

18

18

18

18

18

18

18

20

20

20

20

24

24

20

24

24

24

30

30

30

30

30

30

30

30

RELACIÓN ENTRE LA VELOCIDAD Y EL DIÁMETRO DE LA POLEA DE

CABEZA EN LOS ELEVADORES DE DESCARGA CENTRÍFUGA.



Una relación adecuada entre la velocidad y el diámetro de la polea de cabeza es importante

para asegurar una operación satisfactoria en este tipo de elevador.

Al moverse la masa del material contenido en el cangilón, alrededor de la polea de cabeza

esta sometida a la acción de dos fuerzas. Una de ellas es la fuerza de gravedad que actúa

verticalmente hacia abajo y la otra es la fuerza centrífuga que actúa radialmente del centro

de la polea. La resultante de estas dos fuerzas descarga el material de cangilón a la canaleta

de descarga. Para un vaciado limpio de los cangilones el comienzo de flujo del cangilón

debe ser demorado hasta después que el cangilón haya pasado la posición extrema superior

de la polea de cabeza; esta posición existirá cuando la fuerza de la gravedad y la fuerza

centrífuga sean iguales. La resultante de las fuerzas será cero, al llegar el cangilón a la

posición superior de la polea y por lo tanto no habrá fuerza que tienda a descargar el

material; no podrá ser lanzado verticalmente fuera del cangilón ni caer fuera de el hacia

abajo en las columnas del elevador.

Este equilibrio de fuerzas es usado para determinar la relación entre diámetro de polea y

velocidad para producir una operación satisfactoria:

.......... (1)

................. (2)

simplificando la ecuación se tiene:

......... (3)

relacionando la velocidad del material con la velocidad rotacional de la polea de cabeza se

tiene:

........... (4)

igualando y simplificando las ecuaciones: 3 y 4

........ (5)

Donde:

W : peso del material (lbs.)

V : velocidad del material (pies/s)

G : aceleración de la gravedad (pies/s2)



R :radio del centro de la polea al centro de la gravedad del cangilón (pies)

N : velocidad de la polea de cabeza (RPM)

Para encontrar el diámetro de la polea hay que restar de este radio ( R ) el espesor de la faja

y la distancia de la faja al centro de gravedad del material en el cangilón.

La tabla siguiente muestra diámetros de las poleas de cabeza y sus velocidades

correspondientes para el rango completo de velocidades usados en los elevadores de

descarga centrífuga, calculada de la ecuación (5). Al efectuarse los cálculos se han

asumido valores para el espesor de la faja y la proyección de los cangilones usados

ordinariamente con cada tamaño de polea y R ha sido tomados de una carga promedio en el

cangilón.

Diámetro de la polea

(pulg.)

RPM Velocidad de la faja

(pies/min)

12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

48

69

62

56

53

50

47

45

43

41

40

39

37

217

247

264

292

314

333

353

372

386

408

429

465

a) PRECAUCIONES QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA EN UN ELEVADOR

DE CANGILONES.



La unión de la faja debe estar en un buen estado, ya que si faltan grapas o pernos, la

faja puede descolgarse, y perderse mucho tiempo y dinero al repararla ya que la

operación se paraliza.

Cuidar que los cangilones estén completos y chequear así mismo los pernos que los

une a la faja. Si falta cangilones se sobrecargaran los siguientes, derramando el

producto al piso, carga que se acumula hasta que se detiene el elevador.

La polea de cola debe de permanecer limpia de lo contrario puede detener el

elevador de cangilones.

Para hacer limpieza en la polea de cola se debe parar el elevador.

Controlar la temperatura del motor y la del reductor de velocidad.

b) CAUSAS POR LA QUE SE DETIENE UN ELEVADOR DE CANGILONES.

Cuando se alimenta mucha carga a los cangilones.

Cuando se acumula mucha carga en la poza de la polea de cola.

Cuando la faja que contiene los capachos se desalinea o esta floja.

Cuando la polea de cabeza esta mojada oo con grasa.

Cuando faltan cangilones o estan en mal estado.

Cuando la carga es húmeda y no hace funcionar el golpeador, lo que ocasiona que

se acumule el producto en los capachos, regresando a la poza de la polea de cola.

c) PRECAUCIONES PARA EVITAR QUE EL ELEVADOR DE CANGILONES

QUEDE FUERA DE OPERACIÓN.

Para evita todas las causas anteriores debe observarse:

Las fajas que contienen los cangilones “capachos” deben estar templadas y

centradas.

Tener cuidado que la cadena de transmisión y el coupling trabajen en buen estado.

Las superficies de las poleas de cabeza y de cola, deben trabajar en lo posible secas

sin ningún lubricante (superficies que tienen contacto con la faja).

Mantener la poza donde se encuentra la polea de cola lo mas limpia posible.

Al inicio de cada operación revisar si los cangilones están en buen estado, de lo

contrario se hará la orden de trabajo respectivo.

Se debe hacer funcionar el golpeador siempre que al carga este bien húmedo.




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