Las bombas de vacío son parte fundamental de los equipos de vacío que están ayudando a transformar las aplicaciones industriales. Se utilizan para crear circuitos de presión negativa respecto a la presión atmosférica en numerosos procesos y aplicaciones. Algunos de los sectores industriales en los que se utilizan son en el packaging, en el envasado de alimentos, la industria médica o química, principalmente en trabajos de manipulación de piezas y componentes por medio de robots industriales o máquinas automatizadas.
Bombas de vacío de PIAB
Las bombas de vacío modulares piCOMPACT® utilizan la tecnología COAX® en sus eyectores y proporcionan hasta 3 veces más caudal de vacío que un sistema convencional. Esto les permite incrementar la velocidad con gran fiabilidad y reduciendo el consumo energético. Configurables, con controles integrados y funciones como on/off, soplado inteligente, vacuostato, control de autoadherencia o función de ahorro energético, entre otras. Recuerde que sin sobredimensionar la bomba de vacío, tendrá la capacidad de actualizarla sobre la misma plataforma si es necesario en un futuro.
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Definición de qué es una bomba de vacío y para qué sirve
Por definición una bomba de vacío es un dispositivo mecánico que se utiliza para extraer el aire, gas o líquidos de un circuito o depósito con el objetivo de crear un sistema de presión negativa. Por lo tanto una bomba de vacío se encarga de crear un vacío parcial en un circuito. Principalmente las bombas de vacío sirven para que otros sistemas asociados de vacío puedan trabajar con la presión generada.
Identificar el tipo de bomba de vacío adecuado para cada aplicación requiere controlar diferentes aspectos, por lo que vamos a repasar los factores qué debes de atender antes de comprar una bomba de vacío.
Aplicaciones de las bombas de vacío
Las bombas de vacío se utilizan en todos los procesos en donde es necesario crear una presión de vacío para el agarre y elevación de cargas. Pueden ser en aplicaciones industriales de manipulación de piezas, cajas, bolsas o transporte neumático de maderas por medio de ventosas de vacío. Son muy utilizadas en el sector alimentario durante el procesamiento de alimentos y el envasado al vacío o en el sector farmacéutico. Del mismo modo se emplean en los procesos de las destilerías, en la metalurgia al vacío o en la elaboración de productos químicos. También están destinadas a eliminar la humedad de los espacios o productos como el papel y para la extracción de gases en entornos peligrosos, como sucede en las minas.
Para aplicaciones más avanzadas, como es el caso de centros de investigación con aceleradores de partículas, se utilizan bombas de ultravacío de las que hablaremos en este artículo.
Tipo de lubricación de las bombas de vacío
Los equipos con bombas de vacío principalmente se diferencian entre sí porque unos necesitan ser lubricados con aceites y otros no. A continuación te mostramos las características de cada sistema.
Bombas de vacío sin aceite o secas
Las bombas sin aceite o que no necesitan lubricación, a las que también se identifican como bombas secas, tienen menos mantenimiento y son recomendadas para procesos en entornos delicados, como puede ser el caso de laboratorios o en el sector alimentario. Las bombas sin aceites tienen peor rendimiento en entornos con altas temperaturas.
Bombas de vacío lubricadas con aceite
Las bombas lubricadas con aceites ofrecen caudales elevados, son muy resistentes y eficientes en el tiempo. Se desaconseja su uso en entornos higiénicos y en especial en el sector alimentario para evitar contaminaciones. Tienen la desventajas de que necesitan mayor mantenimiento que las bombas secas, que en algunos casos llegan a ser cada 12h. El aceite que utilizan les permite disipar el calor del sistema con mayor facilidad lo que le ofrece un mejor comportamiento con su uso.
Tipos de bombas de vacío
En función de las particularidades de cada proceso existe un tipo de bomba de vacío que se adecua a las características de cada aplicación de vacío o proceso.
Bombas de vacío rotativas de paletas
Las bombas de vacío de paletas que utilizan aspas o paletas. Son las más utilizadas por su precio económico y porque ofrecen un alto rendimiento. Son bombas que requieren ser lubricadas con aceites y se caracterizan por sus reducidas dimensiones y por ser compactas, lo que facilita su integración en prácticamente cualquier proceso industrial. Ofrecen un nivel de vacío primario y un caudal elevado. También se les identifica como bombas combinadas de canal lateral.
Bombas de vacío de membrana
Las bombas de vacío de membraba no necesitan ningún tipo de lubricación y apenas tienen mantenimiento. Están especialmente indicadas para trabajar con productos alimenticios, cosméticos y químicos, en donde se utilizan materiales viscosos e incluso corrosivos. Destacan por ser 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 la ausencia de mantenimiento equipara su precio a medio plazo.
Bombas de vacío de anillo líquido
Las bombas de vacío de anillo líquido son bombas secas que destacan por su capacidad para trabajar con aire mezclado con partículas viscosas. Destacan por ofrecer un gran caudal de presión de vacío. Funciona por medio del uso de un líquido que se centrifuga en las paredes del depósito de la bomba formando un anillo que genera la estanquidad del depósito.
Las bombas de anillo líquido son totalmente estancas por lo que ofrecen gran seguridad para trabajar con materiales peligrosos, como es el caso de alcohol, productos de las refinerías e incluso explosivos. También se utilizan para sacar la humedad de un producto o el agua del papel.
Una de las mayores desventajas de este sistema de alto rendimiento es que para generar el gran caudal de presión que ofrecen, tienen un consumo de energía muy elevado. Por ello únicamente se recomienda su uso en caso de dimensionar correctamente las necesidades.
Bombas de vacío scroll
Son bombas compactas que utilizan espirales para comprimir el aire. Destacan por ser muy silenciosas y porque no necesitan aceites de lubricación. Están especialmente indicadas para extraer el aire de circuitos limpios y secos, por lo que son muy utilizadas en ambientes higiénicos, como pueden ser laboratorios farmacéuticos. Se desaconseja su uso en procesos en donde el ambiente proyecta partículas contaminantes. Al no necesitar aceites lubricantes tienen un mantenimiento muy bajo.
Bombas de vacío turbomoleculares
Este tipo de bombas de vacío ofrecen altos caudales de presión y tienen un funcionamiento similar al de los compresores. Son bombas secas especialmente diseñadas para trabajar en ambientes higiénicos del sector alimentario o laboratorios. Para su funcionamiento requiere de una bomba primaria que garantice una presión de hasta 10 mbar. Suelen ir integradas en cojinetes magnéticos en donde alcanzan altas velocidades de rotación.
A pesar de que no utiliza ningún tipo de aceite lubricante requiere de un mantenimiento elevado, que si se suma a su alto coste de compra, le convierte en un sistema que se utiliza para soluciones avanzadas.
¿Cómo funciona una bomba de vacío?
Las bombas de vacío extraen partículas de gas de un sistema sellado para generar un vacío parcial. Al aspirar el aire mediante una disminución de la presión, lo expulsar al exterior o como sucede en algunos casos a otro depósito. El funcionamiento 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 durante 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 debes de tener en cuenta factores que van a ser determinantes para que proporcione el nivel de vacío deseado, y en definitiva, un correcto funcionamiento del proceso que permita adaptarse a los tiempos de ciclo. Conocer en profundidad el entorno en el que va a trabajar y la aplicación a la que va a ser destinada, es fundamental para poder identificar 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 (compatibilidad química). En función de todos estos parámetros el coste de mantenimiento y el precio final del producto puede variar significativamente.
Caudal de una bomba de vacío
El caudal de una bomba hace referencia al tiempo de vaciado de una máquina y es importante tener parametrizado las necesidades para saber cuál debe de ser el caudal volumétrico que debe de generar una bomba de vacío. Este parámetro nos ofrecerá información sobre la velocidad de bombeo necesaria, que será mayor a mayor caudal de la bomba.
Tipos de niveles de vacío
Existen diferentes tipos de vacío, como son el vacío primario, el vacío secundario y el ultravacío. Se diferencian entre sí por el número de moléculas que obtienen que equivale a la presión de gases residuales y que por lo tanto, a menor presión, menor número de moléculas por cm3. Tanto la presión máxima de vacío como la presión mínima de vacío se miden en mbar.
Un detalle importante para poder garantizar un uso prolongado de las bombas de vacío es la integración de equipos que aseguren la protección contra la humedad de los equipos. Para ello se pueden incluir sistemas y desecantes que ayudan considerablemente a extraer la humedad del circuito y evitar que se oxiden las cámaras de vacío de los equipos.
Compatibilidad química
Es necesario asegurarse de que pueden trabajar juntos los gases que pueden existir en cada puesto de trabajo con los que emplean las bombas de vacío.
Tipos de equipos de vacío
Los diferentes tipos de equipos de vacío para el sector de la automatización industrial se adaptan perfectamente a las necesidades colaborativas por medio de gripper de vacío y garras. Principalmente un equipo de vacío puede llegar a integrar los siguientes componentes:
- Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para compensar las diferencias existentes entre el equipo de vacío y un material. En función de su diseño, la altura de las ventosas puede variar entre sí.
- Racores y alojamientos articulados. Se utilizan para orientar las ventosas en superficies inclinadas.
- Eyectores de vacío. Los eyectores generan el vacío centralizado de forma neumática e incorporan silenciadores. Sirven para mejorar la activación de las señales. Pueden ser compactos, en línea o por medio de terminales compactos formando módulos.
- Bombas de vacío. Las bombas de vacío es un equipo eléctrico que sirven para extraer presión de un sistema a una presión inferior a la de la atmósfera. De este modo genera un circuito con presión de vacío con el caudal necesario para agarrar piezas exigentes.
- Generadores de Vacío. Los generadores de vacío se componen de un sistema neumático o eléctrico que crea el vacío necesario dentro de un circuito. Son los encargados de lograr tiempos de ciclo cortos y gracias a que son módulos reducidos son muy fáciles de integrar en un sistema. Están especialmente indicados para cuando no hay posibilidad de incorporar un módulo que requiere demasiada presión.
- Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan para descargar la presión del circuito que en función de las necesidades, utilizará una tecnología más avanzada para dar respuesta a los procesos más exigentes. En su interior incorporan válvulas con diferentes formas, como puede ser de bola o de trébol, cada una de ellas tiene sus propias particularidades.
- Utillajes de compensación para ventosas. Son accesorios de vacío que compensan los movimientos producidos durante el proceso de agarre. Tienes modelos que son capaces de amortiguar el giro e incluso puedes incluir un antigiro.
Ventajas de comprar equipos y bombas de vacío
Los sistemas de vacío ofrecen grandes beneficios al sector de la automatización:
- Permiten realizar manipulaciones de piezas a gran velocidad
- Ofrecen gran precisión en la colocación
- Incorporan equipos neumáticos muy flexibles a la hora de integrarlos a los procesos
- Gastan menos energía respecto a otros sistemas
- El sistema neumático es un sistema limpio lo que le favorece a la hora de ser integrado en entornos exigentes como puede ser el sector alimentario
- Son muy recomendables para trabajar con robots Scara
- Requieren una configuración muy sencilla de integrar en cualquier robot industrial
- Son muy productivos en la automatización de final de línea y del packaging.
- Permiten ciclos a gran velocidad
- Se pueden personalizar en función de la porosidad de los materiales
Historia de las bombas de vacío
Aunque en un primer momento podemos llegar a pensar que las bombas de vacío son una tecnología relativamente innovadora, te va a sorprender su historia. Si queremos saber quién inventó la bomba de vacío nos tenemos que trasladar hasta mediados del siglo XVII. Un físico y jurista alemán llamado Otto von Guericke, famoso por sus investigaciones en presión atmosférica y la física del vacío, inventó la primera bomba en 1650. Entre los muchos experimentos por los que halló la fama se encontraba uno con el que creó un vacío parcial por medio de un émbolo introducido en el interior de un cilindro. En una demostración mostro al mundo como 50 hombres no fueron capaces de evitar que la presión atmosférica llevase el émbolo hasta el fondo del cilindro.
A continuación vamos a hablar brevemente sobre las ventosas que se utilizan en los equipos en donde se integran las bombas de vacío
¿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 un robot y un producto. Utiliza presión por vacío para coger las piezas al generar una depresión. La presión negativa es generada al expulsar la presión del aire al exterior de la ventosa permitiendo de este modo sujetar una pieza. Hay que señalar la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la ventosa la provoca la bomba de vacío, quien se encarga de aspirar el aire que queda en la ventosa.
Las técnicas de vacío ofrecen al sector de la automatización soluciones de agarre a las superficies de los distintos materiales industriales amoldándose a su geometría, espesor, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su volumen. El objetivo de utilizar sistemas de sujeción por vacío en cadenas de envasado es ofrecer alternativas que ayuden a aumentar la eficiencia de los procesos y aumentar su productividad. Habitualmente los sistemas de vacío se destinen a procesos productivos de manipulación de componentes, ya sea en una línea de producción, alimentadores de máquinas, puestos de pick & place o de packaging.
¿Cómo funciona una ventosa de vacío?
Una ventosa de vacío funciona colocándose sobre una superficie en donde al adherirse expulsa el aire del interior. Al dejar de ejercer la presión, la ventosa recuperando su forma, provocando un vació de baja presión en su interior lo suficientemente importante como para quedarse sujeto al objeto. Esta fuerza de sujeción es generada por la diferencia de presión atmosférica existente entre la ventosa y el exterior. Para soltar una pieza eliminamos la presión generada por la bomba de vacío, igualando de este modo ambas presiones. Es decir, el tiempo que aguanta una pieza sujeta a una ventosa dependerá de cuánto tiempo logre mantener las diferencias de presión entre el exterior y el interior de la ventosa.
Tipos de ventosas para equipos de vacío
Las ventosas de vacío universales son las que prácticamente cubren las necesidades de casi todos los sectores industriales, por el contrario, que las ventosas para aplicaciones especiales son las fabricadas específicamente para trabajar sobre los materiales más exigentes.
- Ventosas planas. Las ventosas planas, también conocidas como ventosas de copa, son las más empleadas en el sector industrial al ser utilizadas principalmente para manipular piezas con superficie plana, cóncavas e incluso ligeramente abombadas. Las ventosas tienen una forma redonda y ovalada. Tenemos a nuestra disposición modelos que permiten adaptarse perfectamente a la geometría de las piezas, así como su anchura y a su capacidad de deformación.
- Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas que se usan en productos alimenticios con base más grande de lo normal para procesos en donde se requiere 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. Están especialmente indicadas para utilizarse sobre superficies curvas, con desniveles de altura o con deformaciones en los materiales.
- Ventosas rectangulares. Son ventosas con forma rectangular especialmente indicadas para trabajos de manipulación de bolsas y sacos de hasta 50 kg.
- Ventosas con forma de campana. Son ventosas con forma de campana y se caracterizan porque tienen el labio hermetizante muy fino. Ofrecen gran flexibilidad a la hora de coger piezas en superficies con esquinas. Se adaptan muy bien a trabajos de Picking en el sector de bienes de consumo.
- Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas robustas y de gran tamaño. Se adaptan perfectamente a superficies porosas, como es el caso de hormigón o losas de pizarra.
- Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas han sido creadas para trabajar con superficies metálicas abombadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior incorporan un sistema antiderrapante que garantiza un agarre satisfactorio. Destacan por su gran capacidad de succión y por poder manipular piezas en sentido horizontal y vertical.
- Ventosas de triple labio. Son ventosas fabricadas para superficies rugosas. El sistema de triple labio asegura el agarre en piezas extremadamente rugosas e irregulares.
- Ventosas flotantes. Son ventosas destinadas al agarre de objetos extremadamente finos y delicados, como pueden ser láminas, enchapado o células fotovoltaicas. Están diseñados para no realizar deformaciones en los materiales gracias a que apenas tiene contacto con la pieza. Durante el proceso de sujeción, la ventosa flota en el aire siguiendo el principio de Bernoulli.
- Ventosas especiales. Son las ventosas fabricadas a medida para procesos muy exigentes, como por ejemplo sus dimensiones, geometría o condiciones ambientales.
- Ventosas para perfiles hermetizantes. Así se denomina a las ventosas destinadas a trabajos hermetizantes con aristas y esquinas.
- Ventosas planas para papel y láminas. Son ventosas que disponen de una base plana y redonda para asegurar la manipulación del material sin realizar deformaciones.
- Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es un sistema que mediante el uso de una esponja se realiza el proceso de sujeción de piezas por vacío suprimiendo el uso de ventosas. Se utilizan para el agarre de piezas delicadas en donde es prioritario no generar huella, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. Entre sus ventajas se encuentran en que no tienen fugas y que son muy rápidas de sustituir. Están especialmente indicados para 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 sistemas modulares que permiten adaptarse a las necesidades de sujeción a los clientes. Han sido diseñados para ser muy flexibles ante numerosos productos en trabajos de paletizado, ya sea por tamaño, peso o forma. El sistema de succión por vacío puede ser por medio de ventosas, esponjas hermetizantes o espuma, y los generadores de vacío pueden ir incorporados o no en el equipo. La flexibilidad de este sistema permite dividir la placa en dos zonas independientes para el agarre de distintos 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 pueden ser pequeños o grandes, como por ejemplo los de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de paquetes.
- Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores han desarrollado accesorios de logística para el paletizado de capas completas por medio de sistemas de vacío que se combinan con garras mecánicas especiales. Estas herramientas permiten aumentar drásticamente la productividad de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de sistemas de manipulación personalizados.
Características de los materiales de las ventosas para los equipos de vacío
Los materiales con los que están fabricadas las ventosas se adaptan a las necesidades del producto, motivo por el cual existe una amplia gama de materiales. Los más habituales son el caucho nitrílico y natural, poliuretano y silicona, aunque también tienes a tu disposición 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, a la deformación permanente, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, disolventes y ácidos, a la intemperie, humedad del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos específicos del sector alimentario deben disponer de la calificación FDA 21 CFR 177.2600.
Aplicaciones de las ventosas y bombas de vacío
La tecnología de vacío se adapta constantemente a los cambios que se producen en la Industria 4.0 innovando con aplicaciones adecuadas a las necesidades de cada producto. Algunos de los mercados para los que están específicamente diseñados son para trabajos de agarre de materiales en estampaciones metálicas, automatización de líneas de producción, preparación de pedidos en áreas de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de botellas aeropuertos, empaquetado, bebidas, automoción, productos químicos y componentes electrónicos. 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, plásticos por inyección, vidrio, madera, metálicos, envases, láminas de plástico, pantallas LCD, hormigón, baldosas, etc…