Revista Ciencias Holguín

Ciencias Holguín / Revista trimestral / Volumen 25, No.1, enero-marzo,   2019

Estudio de parámetros de diseño y operación en transportadores de bagazo / Parameters study of design and operation in bagasse conveyors

René Mateo Reyes-Pérez(1); Eusebio Pérez-Castellanos(2); Enrique Rodríguez-Gallardo(3)


Contacto de los Autores

Correo:renerp@ult.edu.cu(2)

Instituciones: Universidad de Las Tunas, Las Tunas. Cuba(1); Universidad Central de Las Villas, Villa Clara. Cuba(2); Empresa Azucarera de Las Tunas. (AZCUBA), Las Tunas. Cuba(3)

Este documento posee una licencia Creative Commons Reconocimiento - No Comercial 4.0 Internacional   1


RESUMEN
En el presente trabajo se desarrolló una evaluación de la capacidad, la potencia demandada y el índice de consumo de los transportadores continuos de sólidos del área de bagazo y su relación con los parámetros de diseño en un central azucarero. Se analizó la influencia en estos parámetros de la velocidad, la altura de la guardera y el ancho en este tipo de transportadores. Las conclusiones obtenidas a partir de esta investigación le permiten a dicha entidad realizar de forma más eficiente sus operaciones en estos equipos, además de proporcionarle elementos para disminuir los tiempos perdidos por frecuentes roturas en su operación, pudiendo ser aplicados a otras industrias azucareras, así como a otras con equipos de características semejantes.
PALABRAS CLAVE: Transportadores; Rastrillo; Potencia; Capacidad

ABSTRACT
In this work an evaluation of the capacity, power demand and the rate of consumption of solid continuous conveyors in bagasse house and its relation to the design parameters is developed in a sugar mill. The influence in the parameters speed, shroud height and width in such conveyors are analyzed. The conclusions drawn from this research allow the organization to more efficiently perform operations on these computers, besides providing elements to reduce the time lost by frequent breaks in its operation can be applied to other sugar industries of the country and equipment’s of similar characteristics.
KEYWORDS: Conveyors; Apron; Power; Capacity

INTRODUCCIÓN
El consumo energético es uno de los principales problemas que afectan a la industria de hoy, no solo por sus altos costos sino por lo agotable de las fuentes convencionales de obtención y el alto nivel de contaminación ambiental que provocan. Tomando como antecedentes el amplio uso de los equipos de transporte continuos de sólidos en el sector azucarero, se realizó un estudio del comportamiento de estos equipos en el área de bagazo de una de las industrias azucareras del país y con ello darle cumplimiento a los lineamientos 205 y 207 del capítulo VIII POLÍTICA INDUSTRIAL Y ENERGÉTICA de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución de Cuba (Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución. 2017). [El uso del bagazo como combustible permite a las fábricas de azúcar ser autosuficientes en las necesidades de energía térmica y eléctrica, incluso con sistemas de baja eficiencia. Hansert, E. (2016) Tomando en cuenta la alta incidencia de estos equipos para el cumplimiento de los planes de producción de azúcar y su alta repercusión en los consumos energéticos Corrales, J.M. (2015), ya que es frecuente que se reconozca en los transportadores de bagazo un elevado consumo de energía propiciado no solamente por el peso de la carga a transportar sino también por el peso de sus órganos de tracción (cadena y banda de goma) y además las considerables fuerzas de fricción a superar en su operación CEMA, (2013) y Pérez, E. (2014), se propuso como objetivo fundamental en esta investigación  precisamente  evaluar el comportamiento de los índices de operación y consumo de energía, con respecto a los parámetros de diseño, en los transportadores de bagazo que permitan obtener una mayor eficiencia tecnológica en un central azucarero. Es conveniente señalar que los principales autores en el tema tratado Díaz, D. (2014), Oriol, j. M. (1998) y Spivakoski, A. y Dyacchkov, V. (2013) hacen énfasis en el diseño de instalaciones y no a la comprobación del cumplimiento de los requisitos de operación tales como capacidad y eficiencia energética en su interrelación con los parámetros de diseño y menos aún mediante el empleo de una herramienta matemática montada en un software convencional y de fácil empleo (Excel), como es el caso y que constituyen el aporte fundamental en el tema.     
Tareas a realizar:

  • Búsqueda de información de parámetros de diseño y operación de los transportadores continuos de sólidos en el área de bagazo.
  • Entrevistas a especialistas y directivos de la industria estudiada.
  • Desarrollo de una metodología de evaluación para transportadores continuos de sólidos que permita obtener la variante de operación más eficiente en productividad y consumo energético a través de hojas de cálculo montadas en Microsoft Excel.

Relación de equipos de transporte de la casa de bagazo
A continuación, se exponen los equipos de transporte continuo que componen el área de casa de bagazo del central (Tabla 1), donde se muestran la cantidad de ellos por tipo y dos de los parámetros de diseño que más influyen en su comportamiento operacional y consumo energético.

Tabla 1- Equipos de transporte continúo de la casa de bagazo


Tipo de transportador

Cantidad

Longitud     (m)

Potencia instalada  (kW)

Banda

3

190

59,7

Rastrillo

8

304

401

Total:

11

494

460,7

Algunos aspectos que a priori fueron tomados en cuenta en este trabajo fueron la necesidad de modificar los parámetros de operación sin que se modifiquen los de montaje debido a que se realiza precisamente la investigación en equipos con un diseño y montaje establecidos por sus fabricantes, además, existe poca información actualizada sobre la temática y la interrelación con los parámetros de diseño y los de operación a disposición de los técnicos para realizar el presente estudio. Relación de técnicos y directivos (2015). Es de destacar que el aporte fundamental de este trabajo reside en que pueden constar en las entidades laborales con una herramienta matemática montada en un software convencional para el sistema operativo Microsoft Windows muy usual en sus ordenadores que le permite operar con mayor eficiencia los transportadores.

MATERIALES Y MÉTODOS                                     
Para la ejecución de este trabajo se estudiaron las metodologías de cálculo existentes para obtener la capacidad productiva y el consumo energético en transportadores continuos, destinados a manipular materiales a granel. Oriol, J. M. (1998), Pérez, E. (2014), El criterio general en todas las metodologías estudiadas coincide en que son indispensables para dicho análisis los datos que más abajo se relacionan y desarrollando para ello la metodología mencionada de Pérez E. por ser la más detallada.

  • Material a transportar.
  • Traza de la transportación, lo cual incluye longitud e inclinación del equipo.
  • Capacidad deseada de transportación.
  • Condiciones ambientales de trabajo.

A partir de los datos obtenidos se realiza la secuencia de cálculos correspondientes con la metodología aplicada a que se hace referencia, básicamente integrada por los cuatro bloques de cálculos principales siguientes:

  • Toma de datos
  • Cálculo de capacidad
  • Cálculos de tensiones de la banda o cadena
  • Cálculos de potencia   

En el primer bloque los datos principales a localizar son los siguientes: Capacidad real a manipular, potencia nominal del motor instalado, relación de transmisión del reductor, velocidad angular del motor, número de dientes de las ruedas de cadena que intervienen en la transmisión, densidad del bagazo y otros. En el transcurso del cálculo en los demás bloques reviste gran importancia la determinación mediante sus respectivas ecuaciones, la velocidad de transportación (1), la capacidad potencial (2), tensiones de entrada y salida de la rueda de cadena motriz del transportador (3), el tiraje efectivo a partir de estas últimas (4), la potencia demandada por el motor (5) y finalmente el índice de consumo de potencia (6). A continuación, se muestran las ecuaciones principales utilizadas en los cálculos.

Principales ecuaciones utilizadas

1

Dónde:
V = velocidad de transportación
nsm= velocidad angular del motor
tsm= relación de trasmisión del eductor
Zsm= número de dientes de la rueda de cadena
QP    capacidad potencial (t/h)
B      largo de los rastrillos (m)
H      altura de los rastrillos (m)
ρ      densidad del bagazo (t/m3)
Ψ     factor de llenado.
C3    coeficiente de disminución de la capacidad por inclinación del transportador
W0       tiraje efectivo(N)
Sn      tensión para un punto determinado del transportador (N)
P       potencia demandad por el motor (kW)
ks      factor de sobrecarga del motor
ηt     eficiencia de la trasmisión                                              
IC     índice de consumo (kW-h/t)
QR       capacidad real a manipular (t/h)

Una etapa muy importante la constituyó el montaje de las ecuaciones anteriores en hojas de cálculos Excel para lo cual se siguió la siguiente secuencia:

    1. Introducción de los datos necesarios en hojas de cálculos Excel. Ver Figura 1.
  • A partir de los resultados de la primera columna del montaje de los datos preliminares mencionados en hojas de cálculo Excel. y en función de los resultados obtenidos se pueden montar columnas con tantos escenarios como sea necesario para condicionar el análisis del comportamiento del equipo ante variaciones en la situación que queramos analizar, por ejemplo, un escenario importante es el de tomar la capacidad real igual a cero. Este es el caso en que el equipo trabaja en vacío. En este escenario se puede conocer qué proporción de la potencia que se consume en el equipo corresponde al movimiento de sus elementos de trabajo y cuál le corresponde al movimiento del material. Este cálculo es importante para alertar a los operarios y técnicos de la necesidad de no operar los equipos trabajando en vacío durante períodos prolongados.
  • Todos los elementos de consumo de potencia que se calculan en el programa pueden ser cuantificados económicamente si se conoce el costo del kilowat-hora.

1

Figura 1- Muestra parcial del montaje en hojas de cálculo para un caso determinado.

RESULTADOS
A continuación, en la (Tabla 2) se relacionan los resultados obtenidos en el área de bagazo de la industria azucarera estudiada.

Tabla 2- Resultados obtenidos en la investigación de los transportadores del área de bagazo.


Transportadores

Potencia instalada (kW)

Potencia necesaria (kW)

Capacidad potencial Qp (t/h)

Capacidad real       Qr (t/h)

Coeficiente  utilización técnica CUT

Índice de consumo IC (kW-h/t)

T. Elevador #1

14

10,91

33,45

115

3,44

0,09

T. Elevador #2

14

11,81

33,45

115

3,44

0,10

T. Transversal #1

37

32,6

56

115

2,05

0,28

Transportador #2

55

51,5

49

90

1,83

0,85

Transportador #3

136

76,2

50

160

3,21

0,40

Transportador #4

110

63,4

58

35

0,60

1,47

Transportador CV1-1

14

12,7

28

35

1,25

0,36

Transportador CV3-1

21

11,99

50,97

160

3,14

0,07

Transportador CV1

12,6

5,78

83,34

35

0,42

0,17

Transportador CV2

12,6

7,79

11

35

0,42

0,22

Transportador CV3

34,5

33,83

75,58

260

3,44

0,13

Total:

460,7

318,51 (69,14%)

 

 

 

4,14

Análisis de los resultados

  • La potencia que se consume es solamente un 69 % de la instalada lo que trae como consecuencia el desaprovechamiento de la capacidad instalada y afectaciones al factor de potencia, siendo la situación más crítica la de los transportadores 3 y 4.
  • El coeficiente de utilización técnica no es el adecuado en casi todos los equipos transportadores de este sistema, excepto en el número 4, en el CV1 y el CV2. Esto puede provocar roturas muy frecuentes en este sistema, debido a la gran sobrecarga del material a transportar a que son sometidos los equipos.
  • El sistema consume 4,14 (kW-h/t) para transportar una tonelada de bagazo, a lo que se agrega la energía consumida por equipos en recoger el derrame de bagazo ocasionado por los transportadores CV1 y CV2 (banda) ocasionada por su deficiente operación.
  • Las velocidades utilizadas de algunos de los transportadores no son las adecuadas por la bibliografía consultada para estos equipos, mostrado en la aplicación de los cálculos y sobrepasan los límites recomendados de 0,60 m/s.

Aporte económico y social
La producción de energía eléctrica a partir del empleo del bagazo como combustible impacta doblemente en el ahorro de divisas para el país por lo que, al tener un funcionamiento estable en los transportadores, producto de una correcta operación le permitirá al central los siguientes aportes:

  • Cada kW-h que se aporta sustituye a 1 kW-h que se genera con derivados del petróleo.
  • Se reducen las pérdidas de energía por concepto de transporte (el consumo es muy cercano a la generación).
  • Se contribuye notablemente a disminuir el impacto ambiental producido por el consumo de combustibles fósiles.

CONCLUSIONES

  • Con los datos obtenidos se puede caracterizar completamente el sistema de transportación de bagazo de la industria permitiendo a la dirección tomar las medidas correspondientes para mejorar la eficiencia tecnológica y energética del sistema, lo cual influirá positivamente en el cumplimiento de sus compromisos productivos.
  • Mediante la aplicación de los cálculos se comprobó la existencia de sobrecargas con el material a transportar en algunos equipos debido a un aumento significativo de los volúmenes de molienda en el tándem, causando frecuentes roturas y paradas imprevistas en el sistema, ocasionando pérdidas de la producción de alto significado económico.
  • La mala selección de los motores instalados en los equipos de transportación de bagazo son la causa principal de los altos consumos energéticos en que se incurren, además de la influencia que representan en el bajo factor de potencia en los equipos.
  • Al darle un mayor aprovechamiento a la producción de bagazo se contribuye a reducir pérdidas energéticas ya que se genera energía prácticamente en el lugar de consumo.
  • Se provoca un impacto ambiental positivo ya que se reduce la carga contaminante al aprovechar más eficientemente la energía obtenida por el bagazo.

Recomendaciones

  • Tomar en cuenta los resultados obtenidos en este trabajo para realizar modificaciones en los transportadores de manera que no se violen parámetros tecnológicos tales como la velocidad, a la vez que se cumpla la capacidad productiva.
  • Generalizar este trabajo en centrales y centros que empleen este tipo de equipos.
  • Realizar un estudio para proponer un sistema de mantenimiento más adecuado al que se tiene implantado en la actualidad.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
CEMA. (2013). Conveyors Equipment Catalog, Manufacturing Association, USA.
Corrales, J. M., Gil, J. M., Remédios, P. D., et al. (2015). Operación de los molinos del tándem cañero a dos niveles de presión hidráulica. Revista Ingeniería Investigación y Tecnología, 16(1). México.
Díaz, D. (2014). Diseño de las cadenas de tracción del transportador de rastrillos para el acarreo de mineral laterítico reducido. Ciencia y Futuro, 4(1). Recuperado de: http://revista.ismm.edu.cu/index.php/revista_estudiantil/article/viewFile/927/457
Hanserth, A. et al. (2016). Evaluación de esquemas de cogeneración de energía a partir de bagazo de caña de azúcar. Revista Centro Azúcar, 43(1), 87-98. Recuperado de: http://centroazucar.uclv.edu.cu/media/articulos/PDF/2016/1/10%20Vol%2043%20No1%202016.pdf
Oriol, J. M. (1998). Conferencias de Máquinas de Transporte Continuo. La Habana: Editorial Ciencia y Educación.
Pérez, E. (2014). Curso de Transportadores Industriales, Departamento de Dibujo y Mecánica Teórica. Villa Clara: Edit. UCLV.
Pérez, E. (2014). Diagnóstico de Tandem y Transportadores de centrales azucareros. Curso de postgrado, Universidad de Las Tunas. Cuba.
Relación de técnicos y directivos (2015). Encuestados en las industrias azucareras de la provincia Las Tunas.
Spivakoski, A. y Dyacchkov, V. (2013). Conveyors and related equipment, 6, 21-143. Peace Publishers, Moscú.
VII Congreso del Partido Comunista de Cuba. (2017). Capítulo VIII política industrial y energética. Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución. La Habana. Recuperado de:
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=2ahUKEwjk3Jj1hvDfAhVNvlkKHSeuCHkQFjABegQIARAC&url=http%3A%2F%2Fwww.granma.cu%2Ffile%2Fpdf%2Fgaceta%2Ftabloide%25202%2520%25C3%25BAltimo.pdf&usg=AOvVaw1F_ZVMJMBTWMJm5UYOXR4

Síntesis curricular de los Autores

1 MSc René Mateo Reyes-Pérez renerp@ult.edu.cu Master en Tecnología y Gestión de Mantenimiento. Profesor Auxiliar del Departamento Docente de Ingeniería Industrial. Universidad de Las Tunas. Dirige un proyecto de diagnóstico energético en centrales azucareros.

2 Dr.C Eusebio Pérez-Castellanos eusebiopc@uclv.edu.cu Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor Titular del Departamento Docente de Dibujo y Mecánica Teórica y del Centro de Estudios de Eficiencia Energética y Medio Ambiente de la Universidad Central de Las Villas.
Dirección postal: Edificio 2, Apto. 4, Reparto Universitario, Univ. Central de Las Villas. Aptdo. Postal 54830, Villa Clara

3 Ing. Enrique Rodríguez-Gallardo gtecnico@guiteras.azcuba.cu Ingeniero Industrial. Especialista del Grupo Técnico de Mantenimiento. Empresa Azucarera de Las Tunas. AZCUBA, Miembro del proyecto de diagnóstico energético en centrales azucareros.
Dirección postal: Calle B # 117, Reparto Militar, Puerto Padre, Las Tunas
 

Institución de los autores.
1 Universidad de Las Tunas, Las Tunas. Cuba
2 Universidad Central de Las Villas, Villa Clara. Cuba
3 Empresa Azucarera de Las Tunas. (AZCUBA), Las Tunas. Cuba

 

Fecha de Recepción: 29 de abril 2018
Fecha de Aprobación: 12 de diciembre de 2018
Fecha de Publicación: 30 de enero de 2019

 

Enlaces refback

  • No hay ningún enlace refback.