Consideraciones de diseño para un alimentador de tornillo volumétrico eficiente

Tom Picone, director de desarrollo comercial, Vibra Screw Inc. | 07 de julio de 2023

Un alimentador de tornillo volumétrico es un componente crucial en muchas industrias donde se requiere una alimentación precisa y consistente de materiales secos a granel. Lograr un diseño óptimo para un alimentador (de tornillo volumétrico) es esencial para garantizar un flujo de material preciso y confiable hacia el proceso. Este artículo profundizará en varias consideraciones de diseño y pautas para desarrollar un alimentador de tornillo volumétrico eficiente que cumpla con los requisitos de aplicaciones específicas. Desde la geometría del tornillo hasta el diseño de la tolva y los sistemas de control, cada aspecto juega un papel vital para lograr una alimentación volumétrica precisa.

La geometría del tornillo es un aspecto fundamental del diseño de un alimentador de tornillo volumétrico. Un tornillo con paso y diámetro constantes a lo largo de su longitud garantiza un flujo constante de material. Al emplear un único tornillo de alimentación con paso variable, los diseñadores pueden optimizar el proceso de alimentación. Esta configuración permite controlar el caudal de material ajustando el paso a lo largo de la longitud del tornillo. La selección de la variación de paso adecuada depende de las características de flujo del material y de la velocidad de alimentación deseada. Es fundamental considerar factores como la cohesión del material, el ángulo de reposo y la posibilidad de inundación o lavado al determinar la geometría óptima del tornillo.

La longitud y el diámetro del tornillo de alimentación son factores importantes para lograr una alimentación volumétrica precisa. La longitud del tornillo en relación con el canal del alimentador afecta el tiempo de residencia del material dentro del alimentador, lo que puede afectar la precisión de la alimentación. Un tornillo más largo proporciona más tiempo para transportar el material, lo que mejora la precisión. Un mínimo de tres vuelos en el comedero produce los mejores resultados. El diámetro del tornillo debe elegirse en función de la velocidad de alimentación requerida por el proceso y las características del material para evitar la sobrecarga o la alimentación insuficiente. Los tornillos de gran tamaño o de tamaño insuficiente pueden provocar un flujo inconsistente (pulsaciones a medida que las paletas del tornillo giran en la descarga) y un tornillo de tamaño insuficiente simplemente no alcanza la velocidad de alimentación requerida. La consideración adecuada de la longitud y el diámetro del tornillo alimentador garantiza que el alimentador de tornillo volumétrico pueda manejar el flujo de material requerido manteniendo la precisión.

Diseño básico del tornillo de alimentación

La configuración de las paletas del tornillo se refiere a la forma y disposición de las paletas a lo largo de su longitud. Se pueden utilizar diferentes configuraciones de paleta, como paletas de paso completo, paso corto, cónicas o cortadas, para controlar la velocidad de avance y mejorar la precisión. Por ejemplo, las paletas de paso completo proporcionan una mayor capacidad volumétrica, mientras que las paletas de paso corto ofrecen un mayor control sobre la velocidad de alimentación. Las paletas cónicas pueden ayudar en la compresión del material y el control del flujo, mientras que las paletas cortadas pueden minimizar el reflujo del material. La selección de la configuración de vuelo adecuada depende de las características específicas del material, la velocidad de alimentación requerida y la precisión de alimentación deseada. Una comprensión adecuada de estos factores permite a los diseñadores optimizar el proceso de alimentación volumétrica.

Varios tipos de tornillos de alimentación.

La velocidad de rotación del tornillo influye directamente en la velocidad de avance del alimentador de tornillo volumétrico. Es fundamental seleccionar una velocidad adecuada en función de las características de flujo del material y la velocidad de alimentación deseada. Los diferentes materiales tienen diferentes propiedades cohesivas, ángulos de reposo y tendencias a inundaciones o descargas, que deben tenerse en cuenta. Tenga en cuenta que la velocidad del tornillo y la tasa de salida generalmente no son lineales (es decir, a medida que aumenta la velocidad del tornillo, la tasa aumenta proporcionalmente en todo el rango de velocidad del tornillo). Dependiendo de las características de manejo del material de alimentación, a medida que la velocidad del tornillo aumenta por encima de 100 RPM (en un alimentador de un solo tornillo), la velocidad de alimentación disminuye. Los materiales con diferentes densidades aparentes, tamaños de partículas o características de flujo pueden exhibir un comportamiento no lineal.

Es necesaria una comprensión integral del comportamiento del material para determinar la velocidad óptima del tornillo que evite la compactación, segregación o flujo errático del material. Es posible que sea necesario realizar pruebas y experimentación para ajustar la velocidad de rotación y lograr un rendimiento óptimo.

Los tornillos de envoltura y acondicionador son dispositivos agregados en el comedero. Tienen diferentes propósitos y exhiben diferencias de rendimiento. Cuál se elija (acondicionador o envoltura) depende principalmente de las características de manejo del material que se alimenta y del tamaño del tornillo de alimentación principal.

Los alimentadores de tornillo alimentan o empujan el material desde la parte posterior del comedero hacia el frente del comedero.

El tornillo envolvente rodea el tornillo de alimentación, que normalmente es de 1 a 2 pulgadas más grande que el tornillo de alimentación (por lo tanto, tornillo de alimentación de 2 pulgadas de diámetro, tornillo envolvente de 4 pulgadas). El tornillo envolvente evita que el material se acumule y realiza cierto acondicionamiento del material para lograr una densidad aparente constante. Además, la envoltura ayuda a garantizar que los tramos del tornillo de alimentación estén completamente llenos de material. Ideal para polvos lentos que no fluyen bien por sí solos, como harina, almidón, lima y azúcar.

El tornillo de acondicionamiento, al igual que el tornillo de envoltura, rodea el tornillo de alimentación, pero el tornillo de acondicionamiento tiene dos tramos diferentes. El primer tramo empuja el material desde la parte posterior del comedero, el segundo tramo inverso empuja el material desde el frente del comedero hacia el centro. Esta acción evita que el material se acumule o forme túneles y evita que se acumule material altamente compresible en la parte delantera del comedero. Ideal para polvos de densidad ligera, pegajosos o comprimibles como dióxido de titanio, estearatos y sílice pirógena.

Tornillo de alimentación estilo alambre con tornillo acondicionador secundario

La tolva sirve como depósito para el material que se alimenta y desempeña un papel importante para lograr un flujo ininterrumpido de material. Una tolva bien diseñada debe evitar puentes o arqueamientos, asegurando un suministro constante de material al tornillo. El ángulo de inclinación de la tolva es un factor crítico para facilitar el flujo de material. Debe elegirse con cuidado para evitar atascos de material o zonas estancadas. Además, la incorporación de características como vibración de la tolva o mecanismos de agitación puede mejorar aún más el flujo de material y evitar obstrucciones. Es esencial considerar adecuadamente la geometría de la tolva, el tamaño de salida y las propiedades del flujo de material para optimizar la eficiencia de la alimentación volumétrica.

El sistema de accionamiento de un alimentador de tornillo volumétrico es responsable de proporcionar una velocidad de rotación constante y precisa al tornillo. Los sistemas de accionamiento comunes incluyen motores eléctricos con accionamientos de frecuencia variable (VFD), DC/SCR, hidráulicos o neumáticos. El sistema de transmisión debe ser lo suficientemente robusto como para manejar el par y el rango de velocidad requeridos. Además, debe proporcionar un control de velocidad preciso para alcanzar la velocidad de avance deseada. Un sistema de transmisión bien diseñado con mecanismos de retroalimentación y monitoreo de torque adecuados garantiza una alimentación confiable y consistente. La selección del sistema de transmisión debe considerar factores como los requisitos de energía, consideraciones de mantenimiento y posibles variaciones en las características del material o las velocidades de alimentación.

Implementar un sistema de control eficaz es esencial para mantener una alimentación volumétrica precisa. El sistema de control puede incluir sensores, circuitos de retroalimentación y automatización para monitorear y ajustar la velocidad de alimentación en función de los puntos de ajuste deseados y las condiciones en tiempo real. Los sensores pueden proporcionar información sobre la velocidad del tornillo, el nivel de material en la tolva o el caudal de material, lo que permite que el sistema de control realice los ajustes necesarios para mantener una alimentación precisa. La automatización permite un control preciso y puede incorporar funciones como registro de datos, monitoreo remoto e integración con otros equipos de proceso. Un sistema de control bien diseñado mejora el rendimiento general del alimentador de tornillo volumétrico y garantiza una alimentación de material consistente y confiable.

Comprender las propiedades del material que se alimenta es crucial para diseñar un alimentador de tornillo volumétrico eficiente. Factores como la densidad aparente, el tamaño de las partículas, la fluidez, el contenido de humedad y la abrasividad influyen en las elecciones de diseño, incluidos los ángulos de la tolva, los materiales de los tornillos y los revestimientos resistentes al desgaste. Los materiales con propiedades cohesivas o abrasivas pueden requerir medidas adicionales, como materiales para tornillos o revestimientos especializados para minimizar el desgaste y evitar la acumulación de material. Las pruebas de materiales son esenciales para recopilar datos precisos sobre estas propiedades y guiar el proceso de diseño. Al considerar las características específicas del material, los diseñadores pueden garantizar un rendimiento óptimo y una longevidad del alimentador de tornillo volumétrico.

El diseño de un alimentador de tornillo volumétrico eficiente requiere una cuidadosa consideración de varios factores. Desde la geometría del tornillo y el diseño de la tolva hasta la velocidad del tornillo, la configuración del vuelo y los sistemas de control, cada aspecto contribuye a lograr una alimentación precisa y consistente. Además, es vital comprender las características del material e incorporar medidas adecuadas para manipular materiales cohesivos, abrasivos u otros materiales desafiantes. Es importante colaborar con profesionales experimentados o empresas de ingeniería especializadas en el manejo de materiales a granel para optimizar el diseño y garantizar que el alimentador de tornillo volumétrico cumpla con los requisitos de la aplicación específica, lo que resulta en una mayor eficiencia operativa y productividad.

Tom Picone es director de desarrollo comercial de Vibra Screw Inc. (Totowa, Nueva Jersey). Vibra Screw fabrica una línea de equipos de manipulación de materiales, que incluye alimentadores por pérdida de peso, alimentadores de tornillo con cinta de pesaje y descargadores de contenedores. Para obtener más información, envíe un correo electrónico a [email protected] o visite www.vibrascrew.com.

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