Qué es una bomba de vacío industrial y para qué sirve

Descubre ahora las diferentes bombas industriales existentes

Qué es una bomba de vacío

Una bomba de vacío es un equipo mecánico que se emplea para extraer el aire, gas o líquidos de un circuito o depósito con el fin de crear un sistema de presión negativa. Por lo tanto una bomba de vacío se encarga de generar una depresión en un sistema. Principalmente las bombas de vacío sirven para que otros equipos asociados de vacío sean capaces de trabajar con la presión generada.

Identificar qué bomba de vacío adecuado para cada proceso necesita revisar distintas aspectos, por ello vamos a repasar los factores qué necesitas identificar antes de comprar una bomba de vacío.

Para qué sirven las bombas de vacío

Las bombas de vacío sirven para todos los procesos en donde se requiere crear una presión negativa para la sujeción y elevación de piezas. Pueden ser en aplicaciones industriales de manipulación de sacos, cajas, bolsas o láminas de maderas utilizando ventosas de vacío. Son muy empleadas en el sector alimentario durante el procesamiento de alimentos o en el sector cosmético. Del mismo modo se utilizan en los procesos de la metalurgia al vacío o en la elaboración de productos químicos. No obstante se utilizan para eliminar la humedad de los espacios o productos como el papel y para la eliminar gases en entornos de riesgo, como sucede en las minas.

Para trabajos más avanzados, como sucede en de los institutos de investigación con aceleradores de partículas, se utilizan bombas de ultravacío que mencionaremos más adelante.

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Tipo de lubricación de las bombas de vacío

Los generadores de vacío básicamente se diferencian entre ellos porque unos requieren ser lubricados con aceites y otros no. 

Bombas de vacío sin aceite

Las bombas que no necesitan lubricación, a las que se les llama bombas secas, tienen menos mantenimiento y son recomendadas para procesos en entornos delicados, como sucede en laboratorios o en el sector alimentario. Las bombas sin aceites tienen peor rendimiento con altas temperaturas.

Bombas de vacío lubricadas con aceite

Las bombas lubricadas con aceites ofrecen caudales elevados, son muy resistentes con el uso. Se desaconseja su uso en entornos higiénicos y en especial en el sector alimentario para evitar contaminar los alimentos. Tienen la desventajas de que requieren más mantenimiento que las bombas que no utilizan aceite, y en ocasiones llegan a ser cada 12h. El aceite que utilizan les permite disipar el calor del sistema más fácilmente lo que garantiza un mejor comportamiento con su uso.

Tipos de bombas de vacío

En función de las particularidades de cada proceso hay un tipo de generador de vacío que se adecua a las necesidades de cada proceso.

Bombas de vacío rotativas de paletas

Las bombas de vacío de paletas se denominan así debido en su interior emplean paletas. Son las más utilizadas por su bajo precio y porque ofrecen un alto rendimiento. Son bombas que necesitan lubricantes y se caracterizan por sus reducidas dimensiones y por ser compactas, ayudando a su instalación en prácticamente cualquier aplicación industrial. Proporcionan un nivel de vacío primario y un gran caudal. También se las denomina como bombas combinadas de canal lateral.

Bombas de vacío de membrana

Las bombas de vacío de membraba no necesitan ningún tipo de lubricantes y apenas necesitan mantenimiento. Están recomendadas para trabajar con productos alimenticios y químicos, en donde se utilizan materiales viscosos e incluso corrosivos. Son muy resistentes ante el efecto de los productos químicos y la corrosión.

Son bombas que tienen un comportamiento excelente cuando trabajan de continuo y cabe resaltar que ofrecen un menor caudal que las bombas rotativas. Su precio es más elevado que una bomba de lubricación, pero el nulo mantenimiento contrarresta la inversión inicial.  

Bombas de vacío de anillo líquido

Las bombas de vacío de anillo líquido son bombas secas que destacan por su capacidad para funcionar con aire mezclado con partículas viscosas. ventajas es que proporciona un gran caudal de presión de vacío. Funciona por medio del uso de un líquido que se centrifuga en los laterales del depósito de la bomba creando un anillo que provoca la estanquidad del depósito.

Las bombas de anillo líquido son estancas por lo que garantizan gran seguridad para trabajar con materiales peligrosos, como es el caso del alcohol. Es muy corriente su uso para sacar la humedad de productos como el papel.

En contra de estas bombas de alto rendimiento es que para crear el gran caudal de presión que emiten, gastan mucha energía. Por ello únicamente se recomienda su utilización en caso de dimensionar correctamente las necesidades.

Bombas de vacío scroll

Son bombas compactas que utilizan espirales para comprimir el aire. Sobresalen por ser muy silenciosas y porque no necesitan aceites de lubricación. Son muy efectivas a la hora de extraer el aire de circuitos limpios y secos, por lo que su uso está muy extendido entornos higiénicos, como pueden ser laboratorios farmacéuticos. No se recomienda su utilización en trabajos en donde el entorno emite partículas contaminantes. Al no necesitar aceites lubricantes apenas tienen mantenimiento.

Bombas de vacío turbomoleculares

Este tipo de bombas de vacío facilitan elevada presión y funcionan como los compresores. Son bombas secas especialmente diseñadas para procesos en ambientes higiénicos del sector alimentario y farmacéutico. Para su funcionamiento requiere de una bomba primaria que proporcione una presión de hasta 10 mbar. Se colocan en cojinetes magnéticos en donde alcanzan altas velocidades de rotación.

A pesar de que no utiliza ningún tipo de aceite lubricante necesitan un mantenimiento elevado, que si se suma a su elevado coste de compra, le convierte en un equipo que se emplea en soluciones avanzadas.

¿Cómo funciona una bomba de vacío?

Las bombas de vacío sacan partículas de gas de un sistema sellado para crear un vacío parcial. Al aspirar el aire mediante una reducción de la presión, lo expulsa al exterior o como sucede en algunos casos a otro depósito. El comportamiento de las bombas de vacío se caracteriza por los tres siguientes aspectos:

• Presión mínima de entrada
• La cantidad de gas que es capaz de evacuar a lo largo de un periodo de tiempo
• El tiempo necesario para alcanzar la presión límite de salida

¿Cómo elegir una bomba de vacío?

Antes de comprar una bomba de vacío hay que identificar factores que van a ser determinantes para que ofrezcan el nivel de vacío deseado, y por lo tanto, un correcto funcionamiento del proceso que permita adaptarse a los tiempos de ciclo. Conocer en profundidad los factores ambientales en el que va a trabajar y la aplicación a la que va a ser destinada, es imprescindible para poder conocer el tipo de lubricación que debe de tener, del mismo modo que el caudal que debe proporcionar, el nivel de vacío o la resistencia química. En función de todos estos parámetros el coste de mantenimiento y el precio final del equipo puede variar considerablemente.

Caudal que emite una bomba de vacío

El caudal de una bomba es el tiempo de vaciado de una máquina y es imprescindible tener parametrizadas las características para conocer cuál debe de ser el caudal volumétrico que debe de generar un generador de vacío. Este parámetro nos ofrecerá información sobre la velocidad de bombeo que requiere el sistema, que será mayor a mayor caudal de la bomba.

Tipos de niveles de vacío

Tenemos a nuestra disposición diversas clases de vacío, como son el vacío primario, el vacío secundario y el ultravacío. Se distinguen entre ellos por la cantidad de moléculas que obtienen que equivale a la presión de gases residuales. De ahí que, a menor presión, menor número de moléculas por cm3. Ya sea la presión máxima de vacío como la presión mínima de vacío se miden en mbar.

Un factor importante para asegurar un uso prolongado de las bombas de vacío es la incorporación de sistemas que aseguren la protección contra la humedad de los dispositivos. Por ello se pueden incluir sistemas desecantes que ayuden de manera efectiva a sacar la humedad del circuito y evitar la oxidación de las cámaras de vacío de los dispositivos.

Historia de las bombas de vacío

A pesar de que podemos creer que las bombas de vacío industriales son equipos creados hace pocas décadas, te va a sorprender su historia. Para conocer cuando se inventó la bomba de vacío nos tenemos que trasladar hasta mediados del siglo XVII. Un físico alemán llamado Otto von Guericke, conocido por sus trabajos de investigación en presión atmosférica y la física del vacío, inventó la primera bomba en 1650. Entre los muchos proyectos por los que alcanzó prestigio se encontraba uno con el que logro generar vacío parcial mediante un émbolo introducido en el interior de un cilindro. En una demostración mostró al mundo como 50 hombres no fueron capaces de evitar que la presión atmosférica enviase el émbolo hasta el fondo del cilindro.

A continuación realizamos un breve resumen sobre las ventosas y otras aplicaciones de vacío relacionadas con las bombas de vacío industriales

¿Qué es una ventosa y para qué sirve?

Una ventosa de vacío es un componente que se encarga de coger un objeto, y por lo tanto, es el punto de unión entre una máquina y una pieza. Utiliza presión negativa para sujetar las piezas al crear una depresión. La presión negativa es generada al expulsar la presión del aire al exterior permitiendo de este modo el agarre de un objeto. Hay que indicar que la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la ventosa la crea la bomba de vacío, que es el responsable de evacuar el aire que permanece en la ventosa.

Las técnicas de vacío ofrecen al sector de la automatización soluciones de sujeción a las productos industriales amoldándose a su geometría, tamaño, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su peso. El objetivo de incluir equipos de agarre por vacío en cadenas de paletizado es ofrecer alternativas que ayuden a aumentar la eficiencia de los trabajos y favorecer su productividad.

Ventajas de comprar bombas de vacío

Los sistemas de vacío ofrecen grandes beneficios al sector de la automatización:

• Son capaces de trabajar con piezas a gran velocidad
• Tienen gran precisión
• Incorporan equipos neumáticos muy flexibles a la hora de adaptarlos a los trabajos
• Ahorran más energía respecto a otros sistemas
• El sistema neumático es una técnica muy limpia lo que le permite trabajar en entornos muy limpios como puede ser el sector farmacéutico
• Es una solución perfecta para producir con robots Scara
• Necesitan una configuración muy fácil de integrar en máquinas automatizadas
• Son muy productivos en la automatización de final de línea y del packaging
• Ofrecen tiempos de ciclo muy rápidos
• Se adaptan muy bien a la porosidad de los materiales

¿De qué manera funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa funciona colocándose sobre una superficie en donde al adherirse expulsa el aire de la misma. Cuando deja de hacer presión, retomando su forma, creando un vació parcial   como para quedarse sujeto a la pieza. Esta fuerza de agarre es generada por la diferencia de presiones entre la ventosa y el exterior.

Para dejar un objeto desactivamos la presión provocada por el generador de vacío, igualando de este modo ambas presiones. Por lo tanto, el tiempo que aguanta una pieza adherida a una ventosa será proporcional al tiempo que logre tener las diferencias de presión entre el exterior y dentro. Hay aspectos a controlar antes de calcular el tiempo que es capaz de mantener la presión del sistema, como la porosidad de los materiales, la bomba de vacío que se utiliza o evitando que la tubería y los racores sufran pérdidas de presión.

Tipos de ventosas de vacío

Las ventosas de vacío universales son las que prácticamente cubren las necesidades de casi todos los procesos industriales, por el contrario, que las ventosas para aplicaciones especiales son las diseñadas específicamente para trabajar sobre las condiciones de trabajo más difíciles.

• Ventosas planas. Las ventosas planas, también llamadas ventosas de copa, son las ventosas estándar en el sector industrial al ser utilizadas principalmente para manipular piezas con superficie plana, cóncavas e incluso ligeramente abombadas. Pueden tener una geometría redonda y ovalada. Hay un gran número de modelos que se adaptan eficazmente a la constitución de los objetos, así como su anchura y a su capacidad de deformación. Destacan por su gran capacidad de exactitud en el posicionamiento. Las ventosas planas ovaladas, y en especial las placas de ventosa ovaladas han demostrado ser eficaces para la sujeción de objetos largos y estrechos, es el caso de perfiles de ventanas que incluso pueden encontrarse abombadas.
• Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas destinadas a productos del sector alimentario con base plana para trabajos en donde es imprescindible no dejar huella.
• Ventosas de fuelle. Las ventosas de fuelle son denominadas así por su forma de acordeón o fuelle, con alturas mínimas en los pliegues de 1.5 mm que van aumentando en función del fabricante. Han sido diseñadas para ser empleadas en superficies curvas, irregulares o con deformaciones en los materiales. La gama está compuesta por ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque según las necesidades de la pieza pueden tener juntas anulares que favorecen la sujeción ante superficies con mayor desnivel. Las ventosas de fuelle ovaladas son recomendadas para piezas largas y delgadas. El diámetro de estas ventosas van desde los 2 mm hasta 255 mm.
• Ventosas rectangulares. Son ventosas con forma rectangular especialmente indicadas para trabajos de manipulación de bolsas y sacos de hasta 50 kg. Puedes encontrar modelos de ventosas con medidas que van desde los 25x17mm hasta los 445x216mm.
• Ventosas con forma de campana. Son ventosas con aspecto de campana y se caracterizan porque disponen de un labio hermetizante muy fino. Ofrecen gran flexibilidad a la hora de agarrar piezas en piezas con bordes. Se adaptan muy bien a procesos de Pick & Place en el sector de bienes de consumo.
• Ventosas metálicas. Destacan por su capacidad para levantar piezas robustas y de gran tamaño. Están indicadas para superficies rugosas, como por ejemplo mármoles o losas de pizarra. Hay ventosas con diámetros que comprenden desde los 100 mm hasta los 450 mm.
• Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas has sido fabricadas para trabajar sobre superficies metálicas ligeramente curvadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior incorporan un sistema antideslizante que asegura un agarre satisfactorio. Destacan por su gran capacidad de succión y por poder manipular piezas tanto en horizontal como en vertical.
• Ventosas de triple labio. Son ventosas específicamente diseñadas para superficies rugosas. Dispone de un triple labio que asegura el agarre en piezas muy rugosas e irregulares. Hay un gran número de ventosas que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro.
• Ventosas flotantes. Son ventosas a la sujeción de piezas extremadamente delgados y delicados, como pueden ser láminas, obleas o células fotovoltaicas. Están diseñados para no realizar deformaciones en los materiales gracias a que prácticamente no tiene contacto con la pieza. Durante el proceso de sujeción, la ventosa flota en el aire por el principio de Bernoulli.
• Ventosas especiales. Son las ventosas diseñadas a medida para trabajos especiales, como puede ser por sus dimensiones, peso o temperatura del entorno de trabajo.
• Ventosas para perfiles hermetizantes. Es como se denomina a las ventosas destinadas a trabajos hermetizantes con aristas y esquinas.
• Ventosas planas para papel y láminas. Son ventosas que se componen de una base plana y redonda para garantizar la sujeción del material sin dejar huella.
• Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es una aplicación de vacío que mediante el uso de una esponja se realiza el proceso de agarre de piezas por vacío eliminando la necesidad de utilizar ventosas. Son recomendadas para el agarre de piezas delicadas en donde es imprescindible no quedar huella, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se utilizan para la sujeción de un gran número de materiales por medio de un único sistema de planos aspirantes. Una de sus principales ventajas es que no sufren fugas y  son muy rápidas de intercambiar. En función del modelo puedes sustituir el tipo de material para que ofrezca un mayor agarre. Los más extendidos son de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas tienen láminas que permiten realizar los cambios rápidamente. Se usan principalmente con vidrio, envases, metal, plástico, madera, paquetes de logística, cristales de pantallas, chapa de acero inoxidable, sacos o bolsas.
• Cajones de vacío modulares. Los cajones de vacío son aplicaciones modulares que facilitan la adaptación a las necesidades de agarre a los clientes. Han sido diseñados para ser muy flexibles ante numerosos productos en trabajos de paletizado, ya sea por volumen, peso o geometría. El sistema de succión por vacío es con ventosas, esponjas hermetizantes o espuma, y los generadores de vacío pueden ser internos o externos. La capacidad de adaptación de este sistema permite seccionar la placa en dos zonas independientes para la sujeción de diferentes productos.
• Gripper con planos aspirantes de vacío para paletizado. Las garras de vacío por planos aspirantes son herramientas neumáticas que se utilizan en los robots paletizadores de cajas, botes, briks y paquetes. Su cuerpo suele estar compuesto de acero inoxidable y se caracterizan por ser capaces de realizar manipulaciones por vacío de prácticamente cualquier objeto, aunque todo dependerá de su grado de porosidad. Destacan por ser un sistema de sujeción rápido y preciso. Los planos aspirantes son de reducidas dimensiones o grandes, como pueden ser los de paletizado, que se emplean para la carga y descarga de cajas.
• Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores de sistemas ofrecen aplicaciones de logística para el paletizado de capas completas por medio de sistemas de vacío que utilizan a su vez garras mecánicas especiales. Estas herramientas permiten aumentar drásticamente la producción de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de sistemas de manipulación personalizados.

Materiales de las ventosas de vacío

Los materiales con los que están diseñadas las ventosas se adaptan a las particularidades del producto, motivo por que existe una gran variedad de materiales. Los más habituales son el caucho nitrílico y natural, poliuretano y silicona, aunque también fabrican compuestos de policloruro de vinilo y diferentes variables del caucho, como el caucho etileno propileno. Estos materiales ofrecen un buen envejecimiento frente al desgaste, fricción, grado de estanquidad, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, alcohol y ácidos, a la intemperie, temperaturas del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos destinados para el sector alimentario deben disponer de la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Equipos que conforman un sistema de vacío

Las soluciones de vacío para el sector de la automatización industrial cumplen con los requerimientos colaborativos por medio de gripper de vacío y garras. Básicamente una bomba de vacío puede ir acompañada en un sistema de los siguientes equipos de vacío:

• Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son piezas creadas para amortiguar las diferencias existentes entre el equipo de vacío y la pieza a manipular. En función de su diseño, las necesidades de las ventosas pueden variar entre sí.
• Racores y alojamientos articulados. Se emplean para adaptar las ventosas en superficies inclinadas.
• Eyectores de vacío. Los eyectores provocan presión negativa centralizado por medio de neumática e incorporan silenciadores. Se utilizan para controlar la eficacia de las señales. Son compactos, en línea o por medio de terminales compactos que forman módulos.
• Generadores de Vacío. Estas soluciones de vacío utilizan un sistema neumático o eléctrico que crea el vacío debido en el interior de un circuito. Son los encargados de lograr ciclos a gran velocidad y gracias a que son módulos reducidos son muy fáciles de instalar en un circuito. Las bombas de vacío están recomendadas para cuando no es compatible un sistema neumático o cuando el proceso necesita gran presión para la aspiración de aspiración elevadas.
• Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan para vaciar la presión del sistema que en función de las particularidades del producto, tendrá una tecnología más desarrollada para poder responder ante las piezas más exigentes. En su interior llevan válvulas con distintas formas, como puede ser de bola o de trébol, cada una de ellas ofrece sus propias particularidades. 
• Utillajes de compensación para ventosas. Son accesorios de vacío que compensan los movimientos producidos a lo largo del el proceso de sujeción. Tienes modelos que pueden amortiguar el giro e incluso te permite incluir un antigiro.

¿Para qué se usan las ventosas de vacío?

Las técnicas de vacío se adaptan constantemente a las necesidades que se generan en la fabricación aportando con soluciones de fijación adecuadas a las necesidades de cada producto. Algunos de los sectores para los que están concretamente creados son para trabajos de carga de materiales en estampaciones metálicas, automatización de final de línea, preparación de pedidos en centros de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de cajas aeropuertos, envasado, alimentación, automoción, productos farmacéuticos y piezas de electrónica.

Los materiales adecuados para realizar labores de carga y descarga por medio de ventosas de vacío son materiales con poco espesor, con desniveles, láminas de papel, plástico, vidrio, madera, productos de electrónica y tecnológicos, metálicos, blíster de envases, láminas de plástico, células solares, hormigón, baldosas, etc… 

Calcular la ventosa idónea para un trabajo por vacío

Desde luego este es un aspecto de vital importancia para un funcionamiento adecuado de un agarre. La capacidad de adherencia de una ventosa se calcula al multiplicar la superficie de aspiración de la ventosa por la presión diferencial. Esto significa que cuanto mayor sea el área de aspiración y mayor presión diferencial, más grande será la fuerza de sujeción de una ventosa.

Partes de una ventosa

Los sistemas de vacío disponen de ventosas, piezas elastométicas o hermetizantes que se componen de dos partes, la boquilla y la propia ventosa. Los equipos tienen generación de vacío integrada a través de eyectores compactos, generadores y bombas de vacío, elementos que se emplean en un circuito de aire al que hay que añadir mangueras de aire, racores y válvulas.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

A parte de las ventosas, hay otras aplicaciones de sujeción por vacío con gran presencia en la industria. Son los equipos de planos aspirantes que pueden incorporar tanto ventosas con compensación de alturas como esponjas hermetizantes. Un plano aspirante incorpora una lámina que se pega con una esponja que le facilita manipulaciones con tiempos de ciclo muy rápidos. Las ventosas están especialmente indicadas para operar con piezas flexibles, sirvan de ejemplo los bolsas, envases y bandejas, mientras que las esponjas hermetizante están destinadas para el agarre de piezas alargadas, rígidas o latas y tarros con bordes descubiertos en donde el agarre de una ventosa es dificultoso.