Sistemas de vacío

Bombas de vacío industriales

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

Bomba de vacío industrial con válvulas y eyectores

Las bombas de vac√≠o modulares piCOMPACT¬ģ utilizan la tecnolog√≠a COAX¬ģ en sus eyectores y proporcionan hasta 3 veces m√°s caudal de vac√≠o que un sistema convencional. Esto les permite incrementar la velocidad con gran fiabilidad y reduciendo el consumo energ√©tico. Configurables, con controles integrados y funciones como on/off, soplado inteligente, vacuostato, control de autoadherencia o funci√≥n de ahorro energ√©tico, entre otras. Recuerde que sin sobredimensionar la bomba de vac√≠o, tendr√° la capacidad de actualizarla sobre la misma plataforma si es necesario en un futuro.

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Bombas de vacío para aplicaciones industriales

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 vac√≠o principalmente se diferencian entre s√≠ porque unos necesitan ser lubricados con aceites y otros no. A continuaci√≥n te mostramos las caracter√≠sticas 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 vac√≠o de membraba no necesitan ning√ļn tipo de lubricaci√≥n y apenas tienen mantenimiento. Est√°n especialmente indicadas para trabajar con productos alimenticios, cosm√©ticos y qu√≠micos, en donde se utilizan materiales viscosos e incluso corrosivos. Destacan por ser resistentes ante el efecto de los productos qu√≠micos y la corrosi√≥n.

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 m√°s elevado que una bomba de lubricaci√≥n, 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 presi√≥n que ofrecen, tienen un consumo de energ√≠a muy elevado. Por ello √ļnicamente 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 vac√≠o ofrecen altos caudales de presi√≥n y tienen un funcionamiento similar al de los compresores. Son bombas secas especialmente dise√Īadas para trabajar en ambientes higi√©nicos del sector alimentario o laboratorios. Para su funcionamiento requiere de una bomba primaria que garantice una presi√≥n de hasta 10 mbar. Suelen ir integradas en cojinetes magn√©ticos en donde alcanzan altas velocidades de rotaci√≥n.

A pesar de que no utiliza ning√ļn 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.

¬ŅC√≥mo funciona una bomba de vac√≠o?

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:

  • Presi√≥n m√≠nima de entrada.
  • La cantidad de gas que es capaz de evacuar durante un periodo de tiempo.
  • El tiempo necesario para alcanzar la presi√≥n l√≠mite de salida.

¬ŅC√≥mo elegir una bomba de vac√≠o?

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 vac√≠o, como son el vac√≠o primario, el vac√≠o secundario y el ultravac√≠o. Se diferencian entre s√≠ por el n√ļmero de mol√©culas que obtienen que equivale a la presi√≥n de gases residuales y que por lo tanto, a menor presi√≥n, menor n√ļmero de mol√©culas por cm3. Tanto la presi√≥n m√°xima de vac√≠o como la presi√≥n m√≠nima de vac√≠o 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 el√°sticas para la compensaci√≥n de alturas. Son accesorios dise√Īados para compensar las diferencias existentes entre el equipo de vac√≠o y un material. En funci√≥n de su dise√Īo, la altura de las ventosas puede variar entre s√≠.
  • Racores y alojamientos articulados. Se utilizan para orientar las ventosas en superficies inclinadas.
  • Eyectores de vac√≠o. Los eyectores generan el vac√≠o centralizado de forma neum√°tica e incorporan silenciadores. Sirven para mejorar la activaci√≥n de las se√Īales. Pueden ser compactos, en l√≠nea o por medio de terminales compactos formando m√≥dulos.
  • Bombas de vac√≠o. Las bombas de vac√≠o es un equipo el√©ctrico que sirven para extraer presi√≥n de un sistema a una presi√≥n inferior a la de la atm√≥sfera. De este modo genera un circuito con presi√≥n de vac√≠o con el caudal necesario para agarrar piezas exigentes.
  • Generadores de Vac√≠o. Los generadores de vac√≠o se componen de un sistema neum√°tico o el√©ctrico que crea el vac√≠o necesario dentro de un circuito. Son los encargados de lograr tiempos de ciclo cortos y gracias a que son m√≥dulos reducidos son muy f√°ciles de integrar en un sistema. Est√°n especialmente indicados para cuando no hay posibilidad de incorporar un m√≥dulo que requiere demasiada presi√≥n.
  • V√°lvulas de presi√≥n. Las V√°lvulas se utilizan para descargar la presi√≥n del circuito que en funci√≥n de las necesidades, utilizar√° una tecnolog√≠a m√°s avanzada para dar respuesta a los procesos m√°s exigentes. En su interior incorporan v√°lvulas con diferentes formas, como puede ser de bola o de tr√©bol, cada una de ellas tiene sus propias particularidades. 
  • Utillajes de compensaci√≥n para ventosas. Son accesorios de vac√≠o 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 precisi√≥n en la colocaci√≥n
  • Incorporan equipos neum√°ticos muy flexibles a la hora de integrarlos a los procesos
  • Gastan menos energ√≠a respecto a otros sistemas
  • El sistema neum√°tico 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 configuraci√≥n muy sencilla de integrar en cualquier robot industrial
  • Son muy productivos en la automatizaci√≥n de final de l√≠nea y del packaging.
  • Permiten ciclos a gran velocidad
  • Se pueden personalizar en funci√≥n 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

¬ŅQu√© es una ventosa y para qu√© sirve?

Una ventosa de vac√≠o es un componente que se encarga de coger un objeto, y por lo tanto, es el punto de uni√≥n entre un robot y un producto. Utiliza presi√≥n por vac√≠o para coger las piezas al generar una depresi√≥n. La presi√≥n negativa es generada al expulsar la presi√≥n del aire al exterior de la ventosa permitiendo de este modo sujetar una pieza. Hay que se√Īalar la diferencia de presi√≥n entre el interior y el exterior de la ventosa la provoca la bomba de vac√≠o, 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.

¬ŅC√≥mo funciona una ventosa de vac√≠o?

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, tambi√©n conocidas como ventosas de copa, son las m√°s empleadas en el sector industrial al ser utilizadas principalmente para manipular piezas con superficie plana, c√≥ncavas e incluso ligeramente abombadas. Las ventosas tienen una forma redonda y ovalada. Tenemos a nuestra disposici√≥n modelos que permiten adaptarse perfectamente a la geometr√≠a de las piezas, as√≠ como su anchura y a su capacidad de deformaci√≥n.
  • Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas que se usan en productos alimenticios con base m√°s grande de lo normal para procesos en donde se requiere no dejar huella.
  • Ventosas de fuelle. Las ventosas de fuelle son denominadas as√≠ por su forma de acorde√≥n o fuelle, con alturas m√≠nimas en los pliegues de 1.5 mm que van aumentando en funci√≥n del fabricante. Est√°n 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 manipulaci√≥n 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 met√°licas. Se utilizan para coger piezas robustas y de gran tama√Īo. Se adaptan perfectamente a superficies porosas, como es el caso de hormig√≥n o losas de pizarra.
  • Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas han sido creadas para trabajar con superficies met√°licas 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 succi√≥n 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 l√°minas, enchapado o c√©lulas fotovoltaicas. Est√°n dise√Īados para no realizar deformaciones en los materiales gracias a que apenas tiene contacto con la pieza. Durante el proceso de sujeci√≥n, 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, geometr√≠a o condiciones ambientales.
  • Ventosas para perfiles hermetizantes. As√≠ se denomina a las ventosas destinadas a trabajos hermetizantes con aristas y esquinas.
  • Ventosas planas para papel y l√°minas. Son ventosas que disponen de una base plana y redonda para asegurar la manipulaci√≥n 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 sujeci√≥n de piezas por vac√≠o 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 c√©lulas fotovoltaicas. Entre sus ventajas se encuentran en que no tienen fugas y que son muy r√°pidas de sustituir. Est√°n especialmente indicados para vidrio, envases, metal, pl√°stico, madera, paquetes de log√≠stica, cristales de pantallas, chapa de acero inoxidable, sacos o bolsas.
  • Cajones de vac√≠o modulares. Los cajones de vac√≠o son sistemas modulares que permiten adaptarse a las necesidades de sujeci√≥n a los clientes. Han sido dise√Īados para ser muy flexibles ante numerosos productos en trabajos de paletizado, ya sea por tama√Īo, peso o forma. El sistema de succi√≥n por vac√≠o puede ser por medio de ventosas, esponjas hermetizantes o espuma, y los generadores de vac√≠o 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 vac√≠o para paletizado. Las garras de vac√≠o por planos aspirantes son herramientas neum√°ticas 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 vac√≠o de pr√°cticamente cualquier objeto, aunque todo depender√° de su grado de porosidad. Destacan por ser un sistema de sujeci√≥n r√°pido y preciso. Los planos aspirantes pueden ser peque√Īos 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 log√≠stica para el paletizado de capas completas por medio de sistemas de vac√≠o que se combinan con garras mec√°nicas especiales. Estas herramientas permiten aumentar dr√°sticamente la productividad de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de sistemas de manipulaci√≥n 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 tecnolog√≠a de vac√≠o 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 est√°n espec√≠ficamente dise√Īados son para trabajos de agarre de materiales en estampaciones met√°licas, automatizaci√≥n de l√≠neas de producci√≥n, preparaci√≥n de pedidos en √°reas de log√≠stica, automatizaci√≥n de almacenes, paletizado autom√°tico de botellas aeropuertos, empaquetado, bebidas, automoci√≥n, productos qu√≠micos y componentes electr√≥nicos. Los materiales adecuados para realizar labores de carga y descarga por medio de ventosas de vac√≠o son materiales con poco espesor, con desniveles, l√°minas de papel, pl√°sticos por inyecci√≥n, vidrio, madera, met√°licos, envases, l√°minas de pl√°stico, pantallas LCD, hormig√≥n, baldosas, etc‚Ķ

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