El diseño correcto de un alimentador de placas comienza con las propiedades del material y las condiciones de operación, no con la elección directa de un modelo de catálogo.
La capacidad requerida, el tamaño máximo de bloque, la densidad aparente, el contenido de humedad, la geometría de la tolva, la altura de caída y el ángulo de instalación influyen en el ancho, la altura de la capa, la velocidad, la longitud y el sistema de accionamiento del equipo.
Ignorar cualquiera de estos factores puede provocar una capacidad insuficiente, formación de puentes dentro de la tolva, desgaste excesivo de los componentes o dificultad para arrancar el equipo cuando la tolva está cargada.
Un cálculo preliminar permite estimar la sección transversal del material y la velocidad requerida. Sin embargo, el dimensionamiento final también debe considerar la presión de la tolva, la resistencia al cizallamiento, la inclinación, las cargas de impacto, el peso de los componentes móviles y el par de arranque a plena carga.
Esta guía explica los principales pasos de diseño y la información que necesita un fabricante antes de seleccionar un alimentador de placas.
Importante: Las fórmulas y ejemplos de esta guía están destinados a una selección preliminar. Las dimensiones finales, las cargas estructurales, la potencia del motor y el par del reductor deben verificarse para las condiciones reales del proyecto.
Proceso de Diseño de un Alimentador de Placas
Un proceso práctico de dimensionamiento normalmente incluye los siguientes pasos:
Confirmar los caudales normal y máximo.
Determinar las densidades aparentes mínima y máxima.
Identificar el tamaño máximo de bloque y la distribución granulométrica.
Estimar el ancho efectivo necesario para el material.
Seleccionar una altura de capa y una velocidad adecuadas.
Comprobar la abertura, la longitud de la zona de cizallamiento y la presión de la tolva.
Determinar la longitud y la inclinación del alimentador.
Calcular la resistencia de funcionamiento y el par de arranque a plena carga.
Seleccionar el motor, reductor, cadenas, placas y estructura de soporte.
Verificar el diseño en condiciones normales y anormales de operación.
Estos parámetros están relacionados entre sí. Aumentar la velocidad puede reducir la sección transversal necesaria, pero también puede incrementar el desgaste, los impactos y los derrames. Aumentar el ancho puede mejorar el flujo y reducir la velocidad, pero también aumenta el peso y el coste del equipo.
El objetivo no es maximizar un solo parámetro. Se debe crear un sistema equilibrado que proporcione el caudal requerido sin generar desgaste, consumo energético o problemas de flujo innecesarios.
¿Qué Información se Necesita para Diseñar un Alimentador de Placas?
El fabricante debe recibir información completa sobre el material, el proceso y la instalación antes de recomendar un modelo.
| Información requerida | Por qué es necesaria |
|---|---|
| Caudal normal | Establece el punto habitual de operación |
| Caudal máximo o de diseño | Determina la capacidad máxima necesaria |
| Densidad aparente mínima | Permite calcular la velocidad necesaria |
| Densidad aparente máxima | Permite evaluar la carga y el par del accionamiento |
| Tamaño máximo de bloque | Influye en el ancho efectivo mínimo |
| Distribución granulométrica | Indica si los bloques máximos son ocasionales o frecuentes |
| Humedad y contenido de arcilla | Afectan la adherencia, fluidez y resistencia en la tolva |
| Abrasividad | Influye en la selección de placas, revestimientos y cadenas |
| Dimensiones de la tolva | Afectan la formación de la capa y la resistencia de extracción |
| Altura de caída | Determina la carga de impacto sobre placas y rodillos |
| Longitud del alimentador | Influye en la carga total y la resistencia de funcionamiento |
| Ángulo de instalación | Añade resistencia de elevación y puede reducir la capacidad |
| Equipo posterior | Determina el intervalo de regulación del caudal |
| Voltaje y frecuencia | Necesarios para seleccionar el motor y los controles |
| Condiciones ambientales | Afectan los materiales, la lubricación y los componentes eléctricos |
La densidad aparente no es la densidad sólida
Uno de los errores más comunes consiste en utilizar la densidad sólida de la roca en lugar de la densidad aparente.
La densidad sólida representa la densidad de una roca o mineral individual. La densidad aparente incluye los espacios existentes entre las partículas y representa la masa de material que ocupa un volumen determinado sobre el alimentador.
Como el alimentador transporta un volumen de material suelto, en el cálculo de capacidad debe utilizarse la densidad aparente.
Cuando las propiedades del material varían, el diseñador debe obtener:
Densidad aparente mínima esperada
Densidad aparente máxima esperada
Densidad aparente durante la operación normal
Cambios de densidad provocados por la humedad
Cambios de densidad debidos a la distribución granulométrica
La densidad mínima es importante para calcular la velocidad necesaria para alcanzar el tonelaje requerido. La densidad máxima se utiliza para comprobar la carga de material, la fuerza de tracción de las cadenas y el par del accionamiento.
¿Cómo se Calcula la Capacidad de un Alimentador de Placas?
La capacidad preliminar puede estimarse a partir del ancho efectivo, la altura media de la capa, la velocidad, la densidad aparente y el factor de llenado.
La fórmula básica es:
Q = 3600 × B × D × V × ρ × F
Donde:
Q = Capacidad del alimentador (t/h) B = Ancho efectivo del material (m) D = Altura media de la capa de material (m) V = Velocidad del alimentador (m/s) ρ = Densidad aparente del material (t/m³) F = Factor de llenado 3600 = Factor de conversión de segundos a horas
Cuando se conoce la capacidad requerida, la velocidad puede calcularse así:
V = Q ÷ (3600 × B × D × ρ × F)
Esta fórmula proporciona una estimación inicial de la capacidad, pero no determina:
El comportamiento de descarga de la tolva
El riesgo de formación de puentes
La carga de impacto sobre las placas
La fuerza de tracción de las cadenas
El par de arranque
El factor de servicio del reductor
La potencia final del motor
Las cargas sobre la estructura de soporte
Estos factores requieren verificaciones de ingeniería adicionales.
Ejemplo de Cálculo de Capacidad
Supongamos las siguientes condiciones preliminares:
Capacidad requerida (Q) = 400 t/h Ancho efectivo del material (B) = 1,20 m Altura media de la capa (D) = 0,50 m Densidad aparente mínima (ρ) = 1,40 t/m³ Factor de llenado (F) = 0,80
Introducimos los valores en la fórmula de velocidad:
V = Q ÷ (3600 × B × D × ρ × F)
V = 400 ÷ (3600 × 1,20 × 0,50 × 1,40 × 0,80)
Primero calculamos el denominador:
3600 × 1,20 × 0,50 × 1,40 × 0,80 = 2419,2
Por tanto, la velocidad necesaria es:
V = 400 ÷ 2419,2
V ≈ 0,165 m/s
Convertimos metros por segundo a metros por minuto:
Velocidad = 0,165 × 60
Velocidad ≈ 9,9 m/min
Por tanto, la sección seleccionada debe desplazarse aproximadamente a 0,165 m/s, o 9,9 m/min, para transportar 400 t/h cuando la densidad aparente sea de 1,40 t/m³.
Este resultado es solamente una comprobación preliminar. Antes de aceptarlo, el ingeniero debe verificar:
Si el ancho es suficiente para el tamaño máximo de bloque
Si la altura propuesta de la capa es estable
Si la tolva puede descargar uniformemente
Si la velocidad es adecuada para las cadenas y placas
Si el accionamiento puede arrancar bajo una tolva cargada
Si la estructura puede soportar las cargas
Si la velocidad continúa siendo práctica dentro de todo el intervalo de densidades
El ancho efectivo del material no siempre es igual al ancho total de las placas. También debe descontarse el espacio ocupado por los revestimientos laterales y las holguras de seguridad.
Cómo Seleccionar el Ancho del Alimentador
El ancho debe satisfacer tanto los requisitos de capacidad como los de tamaño máximo de bloque.
Un ancho calculado únicamente a partir de la capacidad puede resultar insuficiente para rocas grandes o irregulares. Cuando varios bloques llegan simultáneamente a la salida de la tolva, pueden formar un puente o quedar atrapados entre los revestimientos laterales.
La selección debe considerar:
Dimensión máxima del bloque
Forma y angularidad del material
Porcentaje de bloques cercanos al tamaño máximo
Ancho de la salida de la tolva
Distancia efectiva entre revestimientos
Altura de capa requerida
Presencia ocasional de bloques sobredimensionados
Método de carga
Espacio necesario para mantenimiento
Algunas guías utilizan un ancho equivalente a aproximadamente dos veces el tamaño máximo de bloque como comprobación preliminar. Sin embargo, esta relación no constituye una norma universal.
Un material con partículas alargadas o planas puede necesitar más espacio que otro compuesto por partículas redondeadas. El sistema de carga también puede introducir ocasionalmente bloques mayores que el tamaño nominal especificado.
Por ejemplo, un tamaño nominal de 400 mm no significa automáticamente que una placa de 800 mm sea suficiente. También debe determinarse:
Si 400 mm es el máximo habitual u ocasional
Si las partículas tienen forma alargada
Si varios bloques pueden entrar simultáneamente
Si la maquinaria de carga puede introducir material sobredimensionado
Cuánto ancho útil queda después de instalar revestimientos
Si la abertura de la tolva limitará el flujo
Si el cálculo de capacidad y el tamaño de bloque producen anchos diferentes, normalmente debe adoptarse el mayor requisito práctico.
Influencia de la Altura de Capa y la Velocidad
La capacidad puede aumentarse modificando el ancho efectivo, la altura de la capa o la velocidad. Estas variables no deben ajustarse de forma independiente.
Aumento de la velocidad
Una velocidad mayor puede incrementar la capacidad sin aumentar el ancho. Sin embargo, una velocidad excesiva puede provocar:
Desgaste acelerado de cadenas, pasadores y casquillos
Mayor vibración e impacto
Más derrames
Descarga inestable hacia la trituradora
Peor control del caudal
Mayores cargas dinámicas
Desgaste acelerado en el extremo de descarga
Los alimentadores de placas se utilizan normalmente para transportar materiales pesados mediante un movimiento lento y controlado. Aumentar excesivamente la velocidad para compensar un ancho insuficiente puede reducir la fiabilidad.
Aumento de la altura de la capa
Una capa más profunda incrementa la capacidad volumétrica, pero también eleva la carga aplicada sobre:
Placas
Cadenas
Rodillos de soporte
Ruedas dentadas
Ejes
Rodamientos
Sistema de accionamiento
Bastidor
Una capa más profunda también puede aumentar la fuerza necesaria para extraer el material de la tolva.
Aumento del ancho
Un alimentador más ancho puede reducir la velocidad o la altura de capa necesaria y proporcionar mayor espacio para los bloques grandes.
Sin embargo, también aumenta:
El peso del equipo
La carga de flexión sobre las placas
La carga sobre las cadenas
El tamaño de la cimentación
Los requisitos del reductor
El coste de fabricación
El espacio necesario para la instalación
El diseño preferido suele utilizar una capa estable y un intervalo de velocidad baja y regulable, en lugar de seleccionar el alimentador más pequeño y operarlo continuamente a su velocidad máxima.
Un variador de frecuencia permite ajustar el caudal según la demanda del equipo posterior.
Influencia del Diseño de la Tolva
La tolva y el alimentador deben diseñarse como un único sistema de manipulación de materiales.
Incluso un alimentador correctamente dimensionado puede funcionar mal si la salida de la tolva es demasiado estrecha, las paredes no son adecuadas para el material o se aplica una presión excesiva sobre las placas.
Las dimensiones importantes incluyen:
Ancho de salida
Longitud de salida
Longitud de la zona de cizallamiento
Apertura de la compuerta
Altura de material dentro de la tolva
Ángulo de las paredes
Geometría de transición
Distancia entre la salida y el alimentador
Zona de carga e impacto
Resistencia al cizallamiento
Cuando el alimentador comienza a moverse, debe extraer material situado debajo de la masa estacionaria almacenada en la tolva. En el límite entre el material móvil y el estacionario se genera una resistencia al cizallamiento.
Esta resistencia depende de:
Longitud de la abertura
Presión del material
Fricción interna
Fricción entre material y paredes
Contenido de humedad
Compactación
Forma de las partículas
Tiempo que el material permanece inmóvil
Una abertura larga puede aumentar la cantidad de material que actúa sobre el alimentador y, por tanto, incrementar la resistencia de funcionamiento y el par de arranque.
Altura de caída
Si camiones, cargadores o transportadores descargan directamente sobre el equipo, la altura de caída y el tamaño máximo afectan la carga de impacto.
El diseño puede necesitar:
Zona de impacto reforzada
Placas más gruesas
Rodillos de soporte adicionales
Revestimientos de desgaste reemplazables
Una caja de roca para amortiguar la descarga
Menor altura de caída
Refuerzo estructural adicional
La fórmula de capacidad no incluye automáticamente estas cargas.
Cómo Determinar la Longitud del Alimentador
El alimentador debe ser suficientemente largo para:
Encajar correctamente debajo de la tolva
Formar una capa de material controlada
Alcanzar la trituradora o transportador posterior
Proporcionar espacio para el accionamiento y el tensor
Permitir inspección y mantenimiento
Evitar una descarga descontrolada
También debe evitarse una longitud innecesaria porque aumenta:
La masa de placas y cadenas
La cantidad de material transportado
La resistencia de funcionamiento
El coste estructural
El espacio de instalación
El par requerido
El alimentador más corto no siempre es la solución más económica. En algunos diseños, una longitud ligeramente mayor puede eliminar un transportador adicional o reducir el número de puntos de transferencia.
La longitud final debe seleccionarse a partir del diseño completo de la planta y no solamente de las dimensiones de la tolva.
Diseño de un Alimentador Inclinado
Un alimentador de placas puede instalarse horizontalmente o con inclinación.
Una disposición inclinada puede:
Reducir el espacio ocupado
Elevar el punto de descarga
Conectar directamente con un equipo situado a mayor altura
Eliminar un transportador adicional
Sin embargo, el alimentador inclinado debe elevar tanto el material como sus componentes móviles. Esto añade resistencia y afecta:
La tracción de las cadenas
La potencia del motor
El par del reductor
La estabilidad del material
La capacidad efectiva
El desgaste de placas y revestimientos
La inclinación final debe determinarse según las características del material, la distribución de la planta, la capacidad requerida y los límites del equipo.
No debe aplicarse el mismo ángulo a todos los proyectos.
Potencia y Par de Arranque
La potencia del motor no debe seleccionarse únicamente a partir de la capacidad.
Dos alimentadores con el mismo tonelaje por hora pueden necesitar accionamientos diferentes si presentan distintas:
Longitudes
Inclinaciones
Densidades aparentes
Aberturas de tolva
Alturas de capa
Masas de placas y cadenas
Alturas de caída
Condiciones de arranque
El accionamiento debe superar las siguientes resistencias:
Resistencia de rodadura y rodamientos
Fricción entre el material y los revestimientos laterales
Resistencia de cizallamiento bajo la tolva
Resistencia producida por placas y cadenas
Resistencia de elevación en instalaciones inclinadas
Pérdidas en cadenas y ruedas dentadas
Aceleración desde el reposo
Acumulaciones y contaminación
Sobrecargas temporales o anormales
La condición más exigente suele ser el arranque después de que el alimentador se haya detenido debajo de una tolva cargada.
Un motor puede mantener la velocidad durante el funcionamiento normal y, aun así, no proporcionar suficiente par de arranque.
La selección final debe comprobar:
Fuerza máxima de tracción durante el arranque
Fuerza continua de tracción
Par de salida del reductor
Características de arranque del motor
Factor de servicio
Diámetro primitivo de la rueda dentada
Paso y resistencia de las cadenas
Eficiencia mecánica
Intervalo de velocidad variable
Protección contra sobrecarga
Condiciones de parada de emergencia
Un accionamiento de alto par y baja velocidad es habitual en aplicaciones pesadas. El variador de frecuencia regula el caudal, pero no sustituye la necesidad de disponer de suficiente par mecánico.
Selección de los Componentes Mecánicos
Después de establecer las dimensiones y cargas principales, se pueden seleccionar los componentes.
El diseño debe coordinar:
Espesor y refuerzo de las placas
Tamaño y paso de las cadenas
Pasadores y casquillos
Ruedas dentadas motriz y de retorno
Rodillos de soporte
Rodillos de retorno
Ejes y rodamientos
Rigidez del bastidor
Revestimientos laterales
Sistema tensor
Sistema de lubricación
Accesos de inspección
Estos componentes no deben seleccionarse de forma independiente.
Por ejemplo, aumentar la altura de la capa puede exigir placas más resistentes, cadenas más grandes, rodillos de mayor capacidad y un par de accionamiento superior. Aumentar el ancho también incrementa las cargas de flexión sobre las placas.
Para organizar las inspecciones de estos componentes dentro de la planta, consulte la guía de mantenimiento de equipos de áridos.
También puede consultar los equipos auxiliares para trituración disponibles para alimentar, cribar y manipular materiales.
Selección del Modelo
El fabricante debe relacionar los requisitos calculados con un modelo estándar o personalizado solamente después de revisar todos los datos.
La gama de alimentadores de placas de XINGAONAI incluye diferentes anchos, capacidades y configuraciones para minería, producción de áridos y procesamiento de minerales.
La selección debe comprobar:
| Requisito | Comprobación |
|---|---|
| Capacidad de diseño | Debe cubrir el caudal máximo |
| Tamaño máximo | Debe pasar sin formación de puentes |
| Ancho efectivo | Debe seguir siendo suficiente después de instalar revestimientos |
| Altura de capa | Debe permanecer dentro de los límites estructurales |
| Intervalo de velocidad | Debe cubrir las condiciones mínima y máxima |
| Par de accionamiento | Debe permitir el arranque a plena carga |
| Longitud | Debe adaptarse a la tolva y a la planta |
| Inclinación | Debe incluirse en el cálculo de potencia |
| Carga de impacto | Debe corresponder al método de carga |
| Condiciones del sitio | Deben coincidir con voltaje, temperatura y altitud |
Un modelo estándar puede cumplir la capacidad y aun así necesitar modificaciones en las placas, zona de impacto, revestimientos, cadenas o accionamiento.
La capacidad del alimentador también debe coordinarse con la capacidad de la trituradora en TPH para evitar una alimentación insuficiente o la sobrecarga del equipo posterior.
Errores Comunes de Diseño
1. Usar densidad sólida
Produce una relación incorrecta entre volumen, velocidad y capacidad másica.
2. Diseñar solamente para el caudal medio
El equipo debe manejar picos temporales sin funcionar continuamente en su límite mecánico.
3. Ignorar bloques sobredimensionados ocasionales
Un solo bloque puede obstruir la salida aunque el tamaño normal sea aceptable.
4. Seleccionar el ancho únicamente con la fórmula
El ancho también debe satisfacer el espacio necesario para el tamaño máximo.
5. Compensar un ancho insuficiente con velocidad excesiva
Puede aumentar el desgaste, los impactos, los derrames y la inestabilidad.
6. Seleccionar el motor como si fuera un transportador convencional
El alimentador debe extraer material desde una tolva y puede tener que arrancar a plena carga.
7. Ignorar la geometría de la tolva
La abertura, la zona de cizallamiento y la presión afectan directamente la tracción y el par.
8. Confundir ancho total con ancho efectivo
Los revestimientos y las holguras reducen la sección útil.
9. Ignorar el impacto de carga
La descarga directa desde camiones puede generar cargas locales muy elevadas.
10. Seleccionar los componentes por separado
Placas, cadenas, rodillos, ruedas dentadas, ejes, reductor y bastidor deben diseñarse para la misma carga.
Información Necesaria para Solicitar una Cotización
Copie y complete la siguiente lista:
Material: Tamaño máximo de alimentación: Distribución granulométrica: Capacidad normal: Capacidad máxima/de diseño: Densidad aparente mínima: Densidad aparente máxima: Contenido de humedad: Contenido de arcilla o material pegajoso: Temperatura del material: Ancho de salida de la tolva: Longitud de salida de la tolva: Altura de caída: Longitud requerida del alimentador: Instalación horizontal o inclinada: Ángulo de instalación: Equipo de carga anterior: Trituradora o transportador posterior: Voltaje: Frecuencia eléctrica: Altitud: Temperatura ambiente: Plano disponible de la tolva o instalación:
Si todavía no se ha decidido el sistema de alimentación, revise el funcionamiento del alimentador vibratorio y compare sus condiciones de aplicación con las del alimentador de placas.
Conclusión
El diseño fiable de un alimentador de placas requiere más que relacionar una capacidad con una tabla de modelos.
El ingeniero debe evaluar las características del material, el tamaño máximo, la variación de densidad, el ancho efectivo, la altura de capa, la velocidad, la presión de la tolva, la inclinación y las condiciones de arranque como un único sistema.
La fórmula permite establecer una sección y una velocidad preliminares. La selección final debe verificarse considerando la resistencia de cizallamiento, la tracción de las cadenas, el impacto, la resistencia estructural y el par de arranque.
Para recibir una recomendación, envíe a XINGAONAI los datos del material, la capacidad, el tamaño máximo y el plano de la tolva o de la planta.
