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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