Elevador de cangilones

Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Mecánica
Maquinas de elevación y transporte
FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA MECANICA 1
Docente:
Milton Fabián Coba Salcedo
Ingeniero Mecánico, PhD.
Electiva técnica I
MAQUINAS DE ELEVACIÓN Y
TRANSPORTE
UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

ELEVADOR DE CANGILONES

Tema 2 Elevador de Cangilones
CONTENIDO
1. Introducción.
2. Estructura constructiva.
3. Tipos de elevadores de cangilones. Clasificación y aplicaciones.
4. Capacidad de transporte y potencia en un elevador de cangilones.
5. Ventajas e inconvenientes.
6. Otros tipos de elevadores de cangilones.
7. Ejemplo.

Introducción
Un elevador de cangilones es un mecanismo
que se emplea para el acarreo, transporte o
manejo de materiales de la más variada
clase, ya sea a granel, secos, húmedos, e
inclusive líquidos en un mismo plano de
manera vertical a diferentes niveles,
tomando como punto de comparación, Sería
el equivalente vertical de la cinta o banda
transportadora.

Introducción

Estructura constructiva

- Cangilón
Un cangilón es el recipiente encargado del
transporte de material, son fabricados en
distintos materiales dependiendo la aplicación
como acero inoxidable, al carbono o plásticos
como nylon, polietileno o uretano.
Pueden ser:
Profundos: utilizados para la carga de
materiales pesados o arenosos.
Poco profundos: para el transporte de
materiales que se encuentran apelmazados o
húmedos.
De escama: cangilones con base sin redondear
utilizados en elevadores con descarga dirigida
por gravedad.

- Órgano de tracción.
Para unir, guiar y llevar la fuerza necesaria para
mover los cangilones y su carga a través del
recorrido de elevación, se utilizan cadenas,
estas también las encontramos de diferentes
tipos y la escogencia de una de ellas solo
depende de las condiciones de uso del
elevador como las características del material a
trabajar, carga a soportar, velocidad de trabajo,
tamaño, grueso, paso, espesor, resistencia a la
fatiga, distancia entre cangilones, entre otras
son factores claves a considerar. Las cadenas
para este tipo de aplicación se utilizan casi
siempre de acero, podemos encontrar cadenas
simples, dobles y de diferentes formas, todo
depende de las condiciones de trabajo.
Nota: También se pueden usar bandas.

- Elementos componentes de la transmisión
Utilizado para guiar la cadena en la parte superior del elevador y además para transmitirle
al sistema la fuerza necesaria para moverse junto con la carga, consta de un eje dispuesto
sobre un par de cojinetes en sus extremos que lo ajustan y permiten su movimiento
circular, tiene montado en su parte central la rueda de tracción que es ajustada a este por
medio de una pieza llamada “B-loc” la cual permite el traspaso eficiente de la potencia y
no deja que la energía se pierda, como método de protección contra el polvo del exterior y
para evitar que parte del material caiga fuera de los lugares deseados, se colocan en los
extremos del eje, justo antes de los cojinetes unas laminas que se encajan en la cabeza
superior del elevador y tapan el espacio sobrante entre el eje y la superficie de esta,
evitando así perdidas innecesarias.

- Elementos componentes de la transmisión

- Caja tensora - IGTU.
Siglas en ingles que significan Internal Gravity
Take-Up, la caja tensora es el ensamble que
consiste en la polea o rueda dentada ubicado
en la parte inferior del elevador que cumple la
función de guía en ese extremo, además de
tensor para la banda o cadena gracias a que
posee un sistema de posicionamiento ajustable
de forma vertical, que le brinda un rango de
uso para que se acomode de mejor forma
posible a un recorrido de elevación
determinado, está conformado por un eje y
rodamientos que permiten su movimiento
circular. Este tipo de ensambles están
estandarizados y la selección depende de la
cadena o banda a utilizar y de las cargas a
soportar.

- Bota.
La bota o caja base es el componente inferior
del elevador, por medio de este se realiza la
entrada del material para ser elevado gracias a
que posee una abertura “inlet” donde se
acopla la tolva de alimentación, en su interior
se encuentra ensamblado el IGTU, la selección
de una bota específica dependerá de la caja
tensora que haya sido escogida, la
configuración del inlet y del tamaño del
elevador ya que esta se debe acomodar a las
dimensiones, pero para cada uno de estos
casos existen diferentes configuraciones de
botas creadas y estandarizadas.

- Cabeza del elevador.
En la parte superior de la estructura se encuentra la cabeza del elevador, la cual a su vez
está compuesta por dos partes; cabeza superior y cabeza inferior.
La primera tiene funciones basadas mas en protección, hacia las partes internas del
elevador, cubriéndolas del medio en el que se encuentran y de las condiciones
climáticas, y desde el interior evitando el derrame del material hacia fuera de la
estructura.
La segunda, cumple la función de soporte para el ensamble del eje superior, aquí se
realiza el acople con el sistema de transmisión del elevador, esta parte de la estructura
posee una abertura diseñada para la entrega del material en donde se une con la tolva
de descargue donde el material es enviado al canal que lo conduce al depósito de
almacenamiento además posee unas puertas de servicio para poder inspeccionar y
realizar mantenimiento a las partes internas del elevador.

- Cabeza del elevador.

- Cubierta.
La caja o cubierta estándar del elevador son
partes manufacturadas en secciones de tres
metros de alto cada una, estas cajas dispuestas
unas sobre otras comenzando desde la parte
superior de la bota y unidas por pernos forman
la estructura para soportar la cabeza del
elevador, además cumplen las funciones de
protección contra el polvo e impermeabilidad
contra el agua para la banda o cadena y
cangilones.

- Motoreductor.
Para imprimirle la fuerza que necesita el elevador para transportar su carga, se utiliza un
motor eléctrico cuya potencia debe ser calculada dependiendo de las especificaciones de la
estructura y de sus condiciones de trabajo, además para transmitirle al elevador la
velocidad que necesita, se acopla al motor un reductor que disminuirá las rpm brindándole
al sistema las condiciones necesarias para que realice un buen llenado y descargue.

Tipos de elevadores de cangilones
- Según el tipo de carga.
Directamente desde Tolva
Se emplean para el transporte de materiales de pedazos
grandes y abrasivos. La velocidad de desplazamiento del
órgano de tracción es bajo.
Por Dragado
Se emplean para el transporte de materiales que no ofrecen
resistencia a la extracción, pulvurulentos y de granulación
fina.

- Según el tipo de descarga.
Centrifuga
Es el tipo más utilizado.
• Grandes velocidades de desplazamiento (1.2 y 1.4 m/s).
• La carga se efectúa generalmente por dragado del
material depositado en la parte inferior del transportador.
• La distancia de separación entre cangilones es de 2 a 3
veces la altura del cangilón.

Por gravedad o continuo.
Para bajas velocidades de desplazamiento (0.5 y 1.0 m/s).
Se aprovecha el propio peso del material para la descarga del
mismo. Se pueden clasificar en:
• Por gravedad libre. Es necesario desviar el ramal libre del
elevador mediante estrangulamiento o inclinar el propio
elevador.
• Por gravedad dirigida. Los cangilones se sitúan de forma
continua, sin separación entre ellos (de escama). La
descarga del material se efectúa por efecto de la gravedad
utilizando la parte inferior del cangilón precedente como
tolva de descarga. La carga se realiza directamente desde
la tolva.

Positiva.
• Elevador es parecido al tipo centrífugo salvo que los
cangilones están montados en los extremos con dos
cordones o torones de cadena.
• La velocidad de los cangilones es lenta y apropiada para
materiales livianos, aireados y pegajosos.

Capacidad de transporte y potencia
- Flujo de material transportado.
Peso de material transportado
P = Peso del material transportado
i = Volumen del cangilón
Ρ = Densidad del Carga a Granel
j = Coeficiente de relleno del cangilón (0.6 – 0.9)
𝑃𝑐 = 𝑖 ∗ 𝜌 ∗ 𝑗

- Capacidad de transporte.
Escriba aquí la ecuación.
3,60 − es un factor de conversión para convertir kilogramos a tonelada y segundos a hora
•  − Es el coeficiente de llenado de cada cangilón que varía entre 0,65 y 0,75 dependerá del material que se
eleva, la forma del cangilón y la velocidad de la cadena.
• b – es el volumen útil del cangilón (expresado en dm3, o litro).
• ρ – densidad del material (expresada en Kg/dm3).
• Vc – velocidad de la cadena (expresada en m/s)
• d – separación entre cangilones (m)
• P – paso de la cadena (in) (apéndice características individuales de la cadena)
𝑄 =
3,60 ∗ 𝜑 ∗ 𝜗 𝑏 ∗ 𝜌 ∗ 𝑉𝑐
𝑑
𝑇𝑛
ℎ
𝑑 = 𝑃 ∗ #𝑒𝑠𝑙𝑎𝑏𝑜𝑛𝑒𝑠

- Potencia de transporte.
Se debe recordar siempre que la ecuación base de la potencia es el producto de una fuerza y una velocidad (caso
ideal). Cuando se aplica a una máquina, esta ecuación es afectada por el rendimiento mecánico del equipo,
quedando de la siguiente manera:
Donde:
n − es el rendimiento del elevador que puede variar entre 0,75 y 0,90 dependiendo de la tecnología y calidad de
los componentes.
La ecuación que nos permite calcular la potencia requerida es:
Teniendo en cuenta que 75 kg · m / s = 1 HP, la potencia obtenida se expresa en HP. Tenemos que:
• Wm – peso del material contenido en el transportador (kg/m)
• Hm – altura de transporte del material (m)
• We – peso del transportador, cadena-cangilones (kg/m) (apéndice tabla 1 y 11)
• He – altura del transportador, distancia entre centros de ejes (m)
• ų -coeficiente de rozamiento (0,05 )
𝑁 =
𝐹 ∗ 𝑉
𝑛
𝐾𝑔 ∗ 𝑚
𝑠
𝑁 =
𝑉𝑐 ∗ 𝑊𝑚 ∗ 𝐻 𝑚 + 𝑊𝑚 ∗ 𝐻 𝑚 + 𝑊𝑒 ∗ 𝐻𝑒 ∗ 𝜇
75 ∗ 𝑛
𝐻𝑃

- Velocidad centrifuga de la rueda.
Donde:
• ww – velocidad centrifuga de la rueda de tracción
• D – diámetro de la rueda de tracción (in)
• Bp – medida de proyección del cangilón utilizado (in) (apéndice Tabla 1)
- Velocidad cadena.
Donde:
ws − representa las RPM seleccionadas para el eje principal
wso – indica las RPM reales transferidas al eje debido a las perdidas por el acople
m – porcentaje de pérdida del acople que puede variar entre 0%, 3% y 4%
𝑤 𝑤 =
44,24
𝐷/2 + 𝐵𝑝 ∗ 0,371) + 𝑃
12
1/2
𝑓𝑡
𝑚𝑖𝑛
𝑉𝑐 =
𝐷 ∗ 𝜋 ∗ 𝑤𝑠𝑜
12
𝑤𝑠𝑜 = 𝑤𝑠 ∗ (1 −
𝑚
100
) 𝑅𝑃𝑀
𝑅𝑃𝑀

- Longitud de la cadena.
- Capacidad de transporte requerida en el cangilón.
Donde:
Zp – cantidad de dientes del piñón
Zc – cantidad de dientes de la corona
C – distancia entre centros
X – factor obtenido en función de (Zc - Zp)
Y – valor a agregar para que "L" sea una cifra entera y par
Siendo Q la capacidad de transporte de material requerida por el cliente pero expresada en ft3/h.
𝐿 𝑐 =
(𝑍 𝑝 + 𝑍 𝑐)
2
+ A +
𝑋
𝐴
+ 𝑌 𝐴 =
2𝐶
𝑃
𝑄 𝐵 =
𝑄 ∗ 𝑑
720 ∗ 𝑉𝑐
𝑓𝑡2
𝐵𝑘𝑡

- Potencia de desplazamiento.
Fuerza necesaria que tiene que generar el tambor de accionamiento para mover la banda
(kg):
H = Altura de elevación
Ho = Altura ficticia
𝐹𝑎 =
𝑄
3,6 ∗ 𝑣
(𝐻 + 𝐻 𝑜)
Sistema descarga Tamaño del material Valor de H0 (m)
Desde tolva 3,8
Por dragado
Pequeño 7,6
Mediano 11,4
Grande 15,3

- Descarga de material.
Fuerza necesaria que tiene que generar el tambor de accionamiento para mover la
cadena o banda (kg):
𝐹𝑅 =
𝑚 ∗ 𝑣2
𝑅
− 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ cos 𝛼
𝐹𝑅
𝑚 ∗ 𝑔
=
𝑣2
𝑔 ∗ 𝑅
− cos 𝛼
< 0
= 0
> 0

𝐹𝑅
𝑚 ∗ 𝑔
=
𝑣2
𝑔 ∗ 𝑅
− cos 𝛼

𝑠 = 𝑣 ∗ 𝑡
𝑆ℎ
+ 0,5 ∗ 𝑎 ∗ 𝑡2
𝑆𝑣

Ventajas e Inconvenientes
Las principales ventajas son:
− Equipo sencillo que no requiere prácticamente prestación de personal
− Pocas averías
− Si esta bien cerrado, ausencia de polvo
− Permite el transporte de materiales a elevada temperatura
Como inconvenientes cabe citar:
− Elevado consumo energético, en comparación con el trabajo útil
− Riesgos de atascos del material con la caja exterior de protección
− Deformación (alargamiento) de las cadenas o correas

Otros tipos de elevadores de cangilones
- Draga puente.

- Draga puente.

- Draga Via.

- Draga puente.

- Transportador de plataformas oscilantes.

- Transportador Redler.

Ejemplo
En una cantera se requiere diseñar un sistema de elevación de cangilones para
elevar arcilla a una altura (H) de 15m. La cantidad de material que hay que
proporcionar es de 95 ton/h.
Las propiedades de la arcilla son:
• Densidad: 2750 Kg/m3
• Material no abrasivo
Se seleccionan los sistemas de carga y descarga
dependiendo de las propiedades del material y su medio
de transporte, para este caso se toma carga
directamente desde tolva, éstas se emplean para el
transporte de materiales de pedazos grandes y
abrasivos.
La velocidad de desplazamiento del órgano de tracción
es baja.
Se utilizará descarga por gravedad positiva ya que su
velocidad de los cangilones es lenta y apropiada para
materiales livianos, aireados y pegajosos como la arcilla,
se usan velocidades de desplazamiento entre 0,5- 1.0 m/s.

Ejemplo
CALCULOS
Flujo de material transportado
Donde:
Pc = Peso del material transportado
i = Volumen del cangilón
ρ = Densidad del material
j = Coeficiente de llenado
𝑃𝑐 = 𝑖 ∗ 𝜌 ∗ 𝑗

Ejemplo
CALCULOS
Paso
Se toma un paso de 2 veces la profundidad (h) del cangilón para garantizar una descarga
continua positiva a baja velocidad.
Paso = 2 x h = 2 x 0,207 m = 0,414 m
Peso del material a transportar (Pc)
13,95 Kg/cangilón
Flujo de cangilones (Fc)
1,89 cangilón/s
Velocidad de la cadena (Vc)
0,78 m/s
𝑃𝑐 ∗ 𝑖 ∗ 𝑗 = 0,01015 𝑚3
∗ 2750
𝐾𝑔
𝑚3
∗ 0,5 =
𝐹𝐶 =
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎/𝐶𝑎𝑛𝑔𝑖𝑙𝑜𝑛
=
9500 𝑘𝑔/ℎ
13,95 𝑘𝑔/𝐶𝑎𝑛𝑔𝑖𝑙𝑜𝑛
=
𝑉𝑐 = 𝐹𝑐 ∗ 2ℎ = 1,89
𝑐𝑎𝑛𝑔𝑖𝑙𝑜𝑛
𝑠
∗ 2 ∗ 0,207𝑚 =

Ejemplo
CALCULOS
Se encontró las dimensiones adecuadas del cangilón de manera que la velocidad de la
cadena se encuentre cercano a 0,8 m/s, que es la velocidad que queremos para este caso,
donde ésta significaría una velocidad promedio del rango especificado anteriormente.
Los resultados fueron los siguientes:
Tamaño
Cangilones
I (m3)
Pc
(Kg/cang.)
Fc
(Cang/s)
2h
(m)
Vc
(m/s)
12x6 0,00406 5,5825 4,72707369 0,302 1,42757626
12x7 0,00525 7,21875 3,65560366 0,362 1,32332852
14x7 0,0063 8,6625 3,04633638 0,362 1,10277377
14x8 0,0076 10,45 2,52525253 0,414 1,04545455
16x8 0,00885 12,16875 2,16857844 0,414 0,89779147
18x8 0,01015 13,95625 1,89082948 0,414 0,7828034
18x19 0,015 20,625 1,27946128 0,516 0,66020202

Ejemplo
CALCULOS
Diámetro del piñón motriz
D = 2R = 0,124 m
Longitud de la cadena
Lc= (2x H) + (π x D)= (2x 15m) + (π x 0,124m)= 30,38 m
N = Lc / 2h = 30,38 m / 0,404 m = 75,22 cangilones
se usarán entonces 76 cangilones
Numero de cangilones
𝑅 =
𝑣2
𝑔
=
0,78𝑚/𝑠 2
9,8𝑚/𝑠2
= 0,062𝑚

Ejemplo
CALCULOS
Tensión (T)
Donde:
Ho = 3,8 m
H = 15 m
P = Pc + P cangilón = 13,95 + 2,32= 16,87 kg
𝑻 𝒎𝒂𝒙 = (1 + 𝐾)𝑇, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐾 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 0,85
𝑇 𝑚𝑎𝑥 = (1 + 0,85) 𝑥 1285,53𝑘𝑔 = 𝟐𝟑𝟕𝟖, 𝟐𝟑 𝒌g
𝑇 = 0,8 ∗ P ∗ N ∗
𝐻 + 𝐻 𝑜
𝐻
𝑇 = 0,8 ∗ 16,87Kg ∗ 76 ∗
15 + 3,8
15
= 1285,53 𝐾𝑔

Ejemplo
CALCULOS
Selección de la cadena: Se toma un factor de 5, de manera que nuestra Tmax
quedaría así:
𝑻 𝒎𝒂𝒙 𝑥 5 = 2378,23 𝑥 5 = 𝟏𝟏𝟖𝟗𝟏, 𝟏𝟓 𝒌𝒈𝒇
Se toma la cadena 20A-2 según el catalogo de MOBLAT ALGEMSI, la cual tiene una carga de rotura de 177000N (17700
kgf),asegurando nuestra tensión máxima de transporte de 11891 kgf que no fallará y que cumplirá con su trabajo eficazmente.

Ejemplo
CALCULOS
Sistema motoreductor
Revoluciones por minuto (n)
𝑛 = (0,78𝑚/𝑠)(60)𝜋 𝑥 0,124 = 𝟏𝟐𝟎, 𝟏𝟑 𝒓𝒑𝒎
Potencia (H), rendimiento (n) = 0,9 (90%)
𝐻 = (2061,13 𝑘𝑔 𝑚/𝑠) 𝑥 (1𝐻𝑝 / 75 𝑘𝑔 𝑚/𝑠) = 27,48 𝐻𝑃 𝑥 (0,7467/1 𝐻𝑝)
= 𝟐𝟎, 𝟓𝟐 𝒌𝑾
𝐻 =
𝑇 𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝑉
𝜂
=
2378,23 ∗ 0,78𝑚/𝑠
0,9
= 2061,13𝐾𝑔. 𝑚/𝑠

Ejemplo
CALCULOS
Se toma un motor reductor SK 52-189 LX/4 según el catalogo de Nordrive systemes, que
tiene 30 HP potencia y 125 RPM, cumple con las especificaciones requeridas, una potencia
de 27,48 HP y 120 rpm.

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