Projeto de transportadores de correia: dicas práticas de cálculo e seleção

O que é uma esteira transportadora?

As correias transportadoras estão entre os equipamentos mais comuns e econômicos utilizados para o transporte contínuo de materiais a granel. Elas são adequadas para uma ampla gama de aplicações, incluindo mineração, portos, produção de cimento, geração de energia, processamento químico, manuseio de grãos, armazenagem e manufatura. O projeto de um transportador de correia envolve mais do que simplesmente selecionar uma correia e um motor. Os engenheiros devem realizar cálculos e verificações abrangentes com base nas características do material, capacidade de transporte, velocidade da correia, largura da correia, ângulo da calha, roletes, tambores, métodos de tensionamento, requisitos de potência e diversos acessórios.

Parte 1: Componentes básicos e aplicações

1.1 Principais componentes

Uma esteira transportadora geralmente é composta pelos seguintes componentes: dois ou mais tambores, uma esteira transportadora em loop contínuo, roletes de suporte de carga, roletes de retorno, uma unidade de acionamento, um dispositivo de tensionamento, pontos de carregamento, pontos de descarregamento e acessórios de limpeza e proteção.

1.2 Princípio de funcionamento

A superfície superior da correia transportadora é utilizada para transportar o material, enquanto a superfície inferior percorre o trecho de retorno sem carga. O tambor de acionamento impulsiona a correia transportadora por meio de atrito, permitindo assim o transporte contínuo do material.

1.3 Aplicações

É particularmente adequado para o transporte contínuo em longas distâncias, em altas velocidades, com alta capacidade de produção ou em locais onde há uma diferença significativa de elevação. Sob condições operacionais adequadas, as correias transportadoras de grande porte podem reduzir significativamente os custos operacionais em comparação com o transporte por caminhão.

1.4 Considerações sobre o projeto

As principais considerações de projeto incluem: características do material, largura e velocidade da correia, distribuição da tensão, requisitos de potência, espaçamento entre roletes, diâmetro do tambor, impacto da carga, além de limpeza e manutenção.

Parte 2: Tipos e aplicações de correias transportadoras

A escolha da borracha de revestimento da correia transportadora, do material de reforço e da configuração estrutural deve basear-se na temperatura do material, na abrasividade, no teor de óleo e graxa, na retardância ao fogo, na resistência ao impacto, no ângulo de inclinação e nas condições de manutenção. Os tipos mais comuns são apresentados na tabela abaixo:

Parte 3: Cálculos básicos: Carga, tensão e potência

3.1 Cálculo da carga por unidade de comprimento

O primeiro passo no processo de projeto é converter a capacidade de transporte (toneladas por hora) na massa de material por metro de correia transportadora.

Fórmula empírica:

Q = 0,278 × Qt / v (kg/m)

Explicação dos parâmetros: Q = carga por unidade de comprimento, Qt = capacidade de transporte (toneladas/hora), v = velocidade da correia (metros/segundo)

Por exemplo, para uma esteira transportadora com capacidade de transporte de 400 toneladas/hora e velocidade da correia de 1,4 metros/segundo, Q = 0,278 × 400 / 1,4 ≈ 79,4 kg/m.

3.2 Componentes da tensão e da potência

A tensão efetiva (Te) é a força total necessária para acionar a correia transportadora; ela é composta por várias forças componentes:

Fórmula empírica:

Te = Tx + Ty + Tz + Tus

Onde:

Tx: Tensão necessária para o funcionamento da correia vazia

Ty: Tensão necessária para o deslocamento horizontal do material

Tz: Tensão necessária para elevar ou abaixar o material

Tus: Resistência causada pelo atrito entre o material e o rodapé

Transportadores que operam em distâncias curtas exigem uma proporção maior de potência para superar o atrito; portanto, é necessária uma correção de comprimento.

Fórmula empírica: Lc métrico = L + 70 metros

Descrição do parâmetro: Lc = comprimento corrigido, L = comprimento horizontal real

Parte 4: A estrutura de cálculo da Teoria da Tensão da CEMA

O método da CEMA (Associação dos Fabricantes de Equipamentos Transportadores) é um sistema amplamente utilizado para o cálculo da tensão. Ele leva em consideração a resistência dos roletes, a resistência à flexão da correia e do material, o atrito da saia, a altura de elevação e a resistência adicional.

A fórmula para calcular a potência de acionamento é a seguinte:

Fórmula empírica:

Sistema métrico: Potência (CV) = Te (kg) × v (m/s) / 75

Sistema imperial: Potência (HP) = Te (lb) × v (ft/min) / 33.000

Referência dos dados: CEMA ‘Transportadores de correia para materiais a granel’

Parte 5: Demonstração de exemplos de cálculo

Suponha que precisemos projetar uma esteira transportadora com os seguintes parâmetros: largura da esteira de 900 mm, comprimento horizontal de 250 m, altura do ponto de partida de 20 m, capacidade de transporte de 400 toneladas/hora, velocidade da esteira de 1,4 m/s e o material transportado é carvão.

Os cálculos baseados na fórmula acima levam aos seguintes resultados principais:

Parte 6: Capacidade da correia de calha, largura da correia e velocidade da correia

Quanto maior for o ângulo de inclinação dos roletes da calha, maior será a área transversal teórica de carga e maior será a capacidade de transporte. No entanto, um ângulo de inclinação maior também impõe exigências mais elevadas à flexibilidade lateral da correia transportadora.

Fórmula empírica:

Sistema métrico: Capacidade de transporte Qt = 3,6 × área da seção transversal × densidade do material × v (toneladas/hora)

Referência dos dados: CEMA ‘Transportadores de correia para materiais a granel’

Parte 7: Polias-guia e classificação CEMA

Os roletes são componentes essenciais que influenciam a eficiência da esteira transportadora, a vida útil da correia e a estabilidade operacional. Eles representam uma parcela significativa dos custos do equipamento, e sua qualidade determina diretamente a confiabilidade de toda a máquina.

Rolos de calha: Utilizados no ‘ramo superior’ que transporta o material.

Rolos de retorno: Utilizados no ‘ramo inferior’ do trecho de retorno da correia transportadora.

Rolos de impacto: posicionados nos pontos de carregamento para absorver o impacto da queda do material; seu espaçamento é normalmente metade do espaçamento dos rolos padrão.

Rolos autoalinháveis: Utilizados para corrigir o desalinhamento da correia; recomenda-se instalar um conjunto a cada 15 metros, aproximadamente, no lado de carga, e a cada 30 metros no lado de retorno.

Parte 8: Tambores, tensionamento e acionamento

Os tambores são componentes essenciais para a transmissão de potência, com diâmetros comuns que variam de 200 mm a 1.600 mm.

Fórmula empírica (diâmetro mínimo do tambor):

Dp > K × i

Explicação dos parâmetros: Dp = diâmetro do tambor (mm), K = coeficiente (normalmente entre 125 e 150, dependendo do número de camadas da correia), i = número de camadas da correia
Por exemplo, para uma correia transportadora de lona de 6 camadas, o diâmetro mínimo do tambor deve ser 125 × 6 = 750 mm.

Os rolos de acionamento são normalmente revestidos com borracha para aumentar o coeficiente de atrito; a espessura do revestimento costuma ser de 6 a 12 mm.

Parte 9: Impacto dos materiais, produtos de limpeza e acessórios

O sistema de alimentação deve minimizar a altura de queda do material para evitar que pedaços grandes e pontiagudos atinjam diretamente a correia. Normalmente, são instalados roletes amortecedores ou camadas amortecedoras na área de descarga.

Raspadores estáticos: Possuem um design simples, utilizando lâminas segmentadas para remover diretamente o material aderido à superfície da correia.

Raspadores dinâmicos: Acionados por um motor elétrico, esses equipamentos envolvem custos mais elevados de investimento e de colocação em operação, mas são adequados para cenários de limpeza mais complexos.

Parte 10: Lista de verificação para a verificação do projeto

A seguir, apresentam-se as etapas recomendadas para o projeto preliminar:

Confirmar as propriedades do material: densidade aparente, tamanho máximo das partículas, abrasividade, temperatura, teor de umidade, ângulo de repouso e ângulo de repouso operacional.

Confirme as condições operacionais: capacidade de transporte, distância horizontal, altura de elevação, ângulo de inclinação, velocidade da correia, tempo de operação, frequência de partida e condições ambientais.

Seleção preliminar da largura da correia e do ângulo da calha: faça uma estimativa utilizando as fórmulas da área da seção transversal e da capacidade, levando em conta margens suficientes.

Calcular a tensão: detalhar por correia vazia, carga, elevação, rodapé, raspadores e equipamentos adicionais.

Verifique o acionamento: condições de deslizamento, ângulo de envoltório, revestimento do tambor, método de tensionamento e potência do motor.

Verifique a correia: tensão máxima, tensão por unidade de largura, número de camadas ou resistência do cabo de aço, capacidade de formação de valas e diâmetro mínimo do tambor.

Disposição das roldanas: lado de carga, lado de retorno, zona de carregamento, roldanas autoalinháveis e espaçamento na seção de transição.

Acessórios: funis, calhas, raspadores, compartimentos, sistemas antidispersão, antibloqueio, controle de poeira e acesso para manutenção.

Conclusão: Resumo e fontes das normas

O projeto de uma correia transportadora é um processo de engenharia sistemático. As informações e fórmulas de cálculo apresentadas neste artigo podem servir como uma referência valiosa para o projeto preliminar. No entanto, ao realizar o projeto de engenharia formal, é essencial integrar as normas locais do projeto, as normas da CEMA, os catálogos de produtos dos fabricantes de equipamentos e as especificações técnicas do cliente.

Fonte dos dados

1. CEMA (Associação dos Fabricantes de Equipamentos Transportadores). Transportadores de correia para materiais a granel. 7ª edição.
2. ISO 5048:1989. Equipamentos de manuseio mecânico contínuo — Transportadores de correia — Cálculo da potência e das forças de tração.
3. ISO 3684:1990. Correias transportadoras — Determinação dos diâmetros mínimos das polias.
4. ISO 14890:2013. Correias transportadoras — Especificação para correias transportadoras revestidas de borracha ou plástico, de construção têxtil, para uso geral.
5. Correias transportadoras Dunlop. Manual de projeto de correias Dunlop.