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El diseño de un transportador de tornillo horizontal, también conocido como tornillo sin fin o transportador helicoidal, implica el cálculo de varios parámetros clave, entre los cuales el diámetro y el paso del tornillo son fundamentales. A continuación se presenta un proceso general para calcular o diseñar estos parámetros:

1. Parámetros Iniciales

Antes de comenzar con los cálculos, necesitarás definir varios parámetros iniciales:

• Capacidad de transporte (Q): La cantidad de material a ser transportado, normalmente en metros cúbicos por hora (m³/h).
• Densidad del material (ρ): La densidad del material a ser transportado, en kilogramos por metro cúbico (kg/m³).
• Velocidad del tornillo (N): La velocidad de rotación del tornillo, en revoluciones por minuto (RPM).
• Ángulo de inclinación (θ): Aunque se trate de un transportador horizontal, la inclinación puede no ser exactamente cero debido a errores en la instalación o pequeñas desviaciones.
• Características del material: El tipo de material, su granulometría, abrasividad y fluidez.

2. Diámetro del Tornillo (D)

El diámetro del tornillo generalmente se selecciona basándose en reglas empíricas y estándares de la industria. Una fórmula aproximada que se utiliza para determinar el diámetro es:

$$D=\sqrt{\frac{4\cdot Q}{\pi \cdot K\cdot V}}$$

Donde:

• (D) es el diámetro del tornillo (metros).
• (Q) es la capacidad de transporte (m³/h).
• (K) es un factor de llenado (generalmente entre 0.25 y 0.5 para transportadores horizontales).
• (V) es la velocidad de transporte (m/s).

3. Velocidad del Transporte (V)

La velocidad del transporte puede ser calculada como:

$$V=D\cdot \pi \cdot N\cdot (1-\frac{C}{100})$$

Donde:

• (D) es el diámetro del tornillo (m).
• (N) es la velocidad de rotación del tornillo (RPM).
• (C) es el porcentual de espacio no ocupado por el material (entre 40% y 60%).

4. Paso del Tornillo (P)

El paso del tornillo (P) es la distancia axial entre dos puntos similares en la hélice y puede variar entre 0.5D a 1.5D, dependiendo de las características del material. Para la mayoría de los propósitos, un valor común es:

$$P\approx D$$

5. Capacidad Real del Transportador

Puedes verificar la capacidad real del transportador utilizando la fórmula:

$$Q=\frac{\pi \cdot D^2\cdot P\cdot N\cdot K}{60}$$

Donde:

• (Q) es la capacidad de transporte (m³/h).
• (D) es el diámetro del tornillo (m).
• (P) es el paso del tornillo (m).
• (N) es la velocidad de rotación del tornillo (RPM).
• (K) es el factor de llenado.

6. Ajustes y Verificaciones

• Revisión de Material y Condiciones Operativas: Asegúrate de verificar cómo las propiedades del material y las condiciones operativas afectan los cálculos.
• Factores de Diseño: Revisa los factores de seguridad y los márgenes de diseño. Ten en cuenta posibles atascamientos y desgaste del equipo.
• Normas y Estándares: Asegúrate de seguir las normas y recomendaciones de los fabricantes y las normas industriales, como la CEMA (Conveyor Equipment Manufacturers Association).

7. Ejemplo de Cálculo Simplificado

Supongamos tienes las siguientes condiciones:

• Capacidad de transporte (Q = 20 \, m³/h)
• Factor de llenado (K = 0.45)
• Velocidad de rotación (N = 60 \, RPM)

Primero, calculamos una velocidad aproximada de transporte (V) (Suponiendo (D = 0.2 \, m) en un inicio):

$$V=0.2\cdot \pi \cdot 60\cdot (1-0.5)\approx 18.85m/min\approx 0.314m/s$$

Luego podemos ajustar el diámetro inicial valorando la fórmula de capacidad y los datos obtenidos.

Recuerda que estos cálculos son una guía y deben ser ajustados con experiencia y según las características específicas del diseño y aplicación.