Sistemas de vacío

Sistemas de vacío industriales

Los sistemas de vacío aportan al sector de la automatización industrial soluciones de agarre a las productos industriales adaptándose a su forma, tamaño, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su volumen. La finalidad de incluir sistemas de agarre por vacío en cadenas de envasado es ofrecer  alternativas que faciliten aumentar la optimización de los trabajos y aumentar su capacidad de fabricación.

Sistemas de vacío industriales
Imagen cedida por PIAB.com

Soluciones de transporte de vacío de PIAB

Uno de los sistemas de vacío industrial cada vez más implementado es el transporte por vacío. Piab ofrece soluciones de transporte de polvo seco y granulados a través de un sistema de tuberías cerrado, con un mantenimiento mínimo, evitando la contaminación cruzada y ofreciendo un entorno de trabajo libre de polvo. Con los transportadores por vacío piFLOW® de Piab, incluyendo los transportadores SMART 4.0, se puede conseguir un incremento medio de la productividad de un 25% y recuperar la inversión en tan solo 3 meses.

Qué es un sistema de vacío y tipos de sistemas de vacío
Transportador por vacío piFLOW® de Piab

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¿Qué es una ventosa en un sistema de vacío y para qué sirve?

Una ventosa de vacío es una herramienta que se encarga de coger un objeto, es decir, es el punto de unión entre una máquina y una pieza. Utiliza presión por vacío para coger las piezas al generar una diferencia de presiones. La presión negativa es generada al expulsar la presión del aire al exterior favoreciendo de este modo sujetar una pieza. Hay que señalar la diferencia de presión entre dentro y el exterior de la ventosa la genera la bomba de vacío, quien se encarga de aspirar el aire que queda en la ventosa. Los sistemas de vacío se utilizan en procesos industriales, ya sea en una cadenas de montaje, alimentadores de robots, para picking o de empaquetado.

Ventajas de utilizar sistemas de vacío

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

  • Son capaces de trabajar con piezas a gran velocidad
  • Ofrecen gran precisión en la colocación
  • Incorporan equipos neumáticos muy flexibles a la hora de adaptarlos a los procesos
  • Tiene un menor consumo de energía que otros sistemas
  • El equipo neumático es un sistema limpio lo que le favorece a la hora de ser integrado en ambientes exigentes como sucede en el sector alimentario
  • Son muy recomendables para producir con robots Delta
  • Requieren una configuración muy sencilla de integrar en máquinas automatizadas
  • Se adaptan perfectamente en la automatización de final de línea y del packaging.
  • Permiten ciclos a gran velocidad
  • Se pueden personalizar en función de la rugosidad de las piezas

¿De qué modo funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa de vacío funciona situándose sobre una superficie en donde al presionar expulsa el aire del interior. Cuando deja de ejercer la presión, la ventosa vuelve a su estado en reposo, provocando un vació de baja presión   como para mantenerse adherido al objeto. Esta fuerza de agarre es generada por la diferencia de presión atmosférica existente entre la ventosa y el exterior.

Para soltar un objeto quitamos la presión provocada por la bomba de vacío, igualando ambas presiones. Es decir, el tiempo que se mantiene una pieza sujeta a una ventosa será proporcional al tiempo que logre mantener las diferencias de presión entre fuera y el interior del sistema. Hay aspectos a controlar antes de calcular el tiempo que puede mantener la presión del sistema, como la porosidad de la superficie, la bomba de vacío que se emplea que las ventosas para aplicaciones especiales son las creadas específicamente para trabajar sobre las particularidades de productos específicos.

Tipos de ventosas de vacío

  • Ventosas planas. Las ventosas planas, también llamadas ventosas de copa, son las más empleadas en el sector industrial al ser usadas principalmente para manipular piezas con superficie plana, cóncavas e incluso ligeramente abombadas. Pueden tener una geometría redonda y ovalada. Existen modelos que se adaptan perfectamente 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 eficientes para la sujeción de objetos largos y estrechos, es el caso de marcos de puertas que incluso pueden llegar a estar abombadas.
  • Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas que se usan en productos alimenticios con base plana para procesos en donde se necesita no dejar marca.
  • Ventosas de fuelle. Las ventosas de fuelle son denominadas así por su forma de acordeón o fuelle, con pliegues de 1.5 que aumentan según el fabricante. Han sido diseñadas para utilizarse sobre superficies curvas, irregulares o con deformaciones. Tienes a tu disposición ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque según el producto pueden incorporar juntas anulares que aumentan el agarre ante superficies con diferentes alturas. Las ventosas de fuelle ovaladas están indicadas para objetos largos y de reducido grosor. Sus diámetros pueden oscilar desde los 2 mm hasta 255 mm.
  • Ventosas rectangulares. Son ventosas con base rectangular especialmente indicadas para procesos de sujeción 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 que recuerdan a una campana y se caracterizan porque disponen de un labio hermetizante muy delgado. Son muy flexibles a la hora de agarrar piezas en superficies con esquinas. Están especialmente indicados para trabajos de Pick & Place en el sector alimentario.
  • Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas pesadas y de gran tamaño. Están indicadas para superficies porosas, como por ejemplo hormigón o mármoles. Existen ventosas con diámetros que comprenden desde los 100 mm hasta los 450 mm.
  • Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas han sido creadas para trabajar sobre piezas metálicas ligeramente curvadas y cubiertas por una película de aceite. En su interior disponen de un sistema antiderrapante que garantiza una inmejorable sujeción. Hay que subrayar su gran capacidad de succión y por poder mover piezas tanto en horizontal como en vertical.
  • Ventosas de triple labio. Son ventosas específicamente diseñadas para superficies rugosas. El sistema de triple labio asegura el agarre en piezas muy rugosas o irregulares. Existe un abanico de modelos que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro.
  • Ventosas flotantes. Son ventosas a la sujeción de piezas extremadamente finos y delicados, como por ejemplo las láminas, enchapado o células fotovoltaicas. Están diseñados para no marcar las piezas gracias a que apenas tiene contacto con la pieza. A lo largo del agarre, la ventosa flota en el aire siguiendo el principio de Bernoulli.
  • Ventosas especiales. Son las ventosas fabricadas a medida para trabajos especiales, ya sea por sus dimensiones, peso o condiciones ambientales.
  • Ventosas para perfiles hermetizantes. Es el nombre por el que se denomina a las ventosas utilizadas en procesos hermetizantes con aristas y esquinas.
  • Ventosas planas para papel y láminas. Son ventosas que disponen de una base plana y redonda para asegurar la sujeción del material sin dejar huella.
  • Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es un sistema que mediante la utilización de una esponja se realiza la manipulación de piezas por vacío suprimiendo la necesidad de utilizar ventosas. Están especialmente indicadas para la manipulación de piezas delicadas en donde no puede quedar marcas, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se emplean para el agarre de un gran número de piezas utilizando únicamente un único sistema de planos aspirantes. Entre sus ventajas se encuentran en que no sufren fugas y que son muy rápidas de intercambiar. En función del modelo puedes sustituir el tipo de material para que tenga un deterioro más progresivo. Los más extendidos son de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas tienen láminas para poder realizar su sustitución rápidamente. Están especialmente indicados para vidrio, envases, metal, plástico, madera, productos de logística, pantallas, chapa de acero inoxidable, sacos, bolsas o piedra.
  • Cajones de vacío modulares. Los cajones de vacío son sistemas modulares que facilitan la adaptación a las necesidades de sujeción a los procesos. Han sido diseñados para poder adaptarse ante numerosos productos en trabajos de paletización, ya sea por volumen, peso o geometría. El proceso de agarre por vacío puede ser por medio de ventosas, esponjas hermetizantes o espuma, y los generadores de vacío pueden ser internos o externos. La flexibilidad de este sistema permite dividir la placa en dos zonas independientes para el agarre 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 pueden ser pequeños o grandes, como pueden ser los de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de diversos materiales.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores de sistemas ofrecen soluciones 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 adaptados.

Partes de una ventosa

Los equipos disponen de ventosas de vacío, piezas elastométicas o hermetizantes que se componen de dos partes, la boquilla y la propia ventosa. Los equipos incorporan generación de vacío integrada a través de efectores, generadores y bombas de vacío, partes imprescindibles de un circuito de aire que está complementado por mangueras de aire, racores y válvulas.

Materiales de las ventosas de vacío

Los materiales con los que están creadas las ventosas son flexibles a las particularidades del producto, motivo por el cual hay una gran variedad de materiales. Los más utilizados son el caucho nitrílico y natural, poliuretano y silicona, aunque también fabrican compuestos de policloruro de vinilo y diferentes derivados del caucho, como el caucho fluorado. Estos materiales ofrecen un buen envejecimiento frente al desgaste, fricción, grado de estanquidad, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, disolventes y ácidos, a la intemperie, temperaturas del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos específicos del sector alimentario necesitan tener la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Tamaños de las ventosas

Existen diferentes tipos de ventosas de vacío, como son las rectangulares o las planas, estas últimas las puedes encontrar con un diámetro que va desde 1 mm hasta los 125mm, mientras que las de fuelle suelen comercializarse entre 11 mm y 255 mm. Estas medidas pueden oscilar en función del distribuidor y la aplicación.

Componentes de un sistema de vacío

Las soluciones de vacío para el sector de la automatización cumplen con los requerimientos colaborativos por medio de gripper de vacío y garras. Principalmente un sistema de vacío se compone de:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para amortiguar las diferencias que puede haber entre el sistema de vacío y un material. En función de su diseño, las necesidades de las ventosas pueden necesitar un suplemento.
  • Racores y alojamientos articulados. Se emplean para orientar las ventosas en superficies inclinadas.
  • Eyectores de vacío. Los eyectores provocan presión negativa centralizado de forma neumática y disponen de 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 se utilizan para extraer presión de un circuito a una presión menor que la de la atmósfera. Así generas un circuito con presión de vacío con el caudal necesario para agarrar piezas exigentes.
  • Generadores de Vacío. Estas soluciones de vacío utilizan un sistema neumático o eléctrico que crea el vacío debido dentro de un circuito. Son los responsables de generar ciclos a gran velocidad y gracias a que son módulos reducidos son sencillos de colocar en un sistema. Los generadores eléctricos están especialmente indicados para cuando no es compatible un módulo o cuando el proceso requiere gran presión para la aspiración de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan en trabajos de vaciado de presión del circuito que según las necesidades, dispondrá de una tecnología más desarrollada para poder responder ante las piezas más exigentes. En su interior llevan válvulas con distintas geometrías, como puede ser de bola o de trébol, cada una de ellas cuenta con sus propias particularidades. 
  • Utillajes de compensación para ventosas. Son accesorios de vacío que compensan los movimientos que se generan durante el proceso de sujeción. Hay modelos que son capaces de amortiguar los desplazamientos laterales y también tienes la posibilidad de incluir un antigiro.

Aplicaciones de los sistemas de vacío

Las técnicas de vacío se adaptan constantemente a los cambios que se producen en la la Industria 4.0 ofreciendo con soluciones de fijación adecuadas a las particularidades de cada producto. Algunos de los sectores para los que están directamente creados son para procesos de sujeción o alimentación de piezas de prensas, automatización de final de línea, preparación de paquetes en centros de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de botellas aeropuertos, envasado, alimentación, automoción, productos químicos y electrodomésticos.

Los materiales adecuados para realizar labores de carga y descarga con sistemas de vacío son principalmente materiales con poco espesor, deformables, láminas de papel, plásticos moldeados, vidrio, madera, accesorios de electrónica y tecnológicos, chapa, productos envasados, láminas de plástico, células solares, hormigón, azulejos, etc… 

Calcular la ventosa correcta para un trabajo por vacío

Antes de comprar una ventosa de vacío es de vital importancia calcular la ventosa idónea para el funcionamiento adecuado de un proceso. La fuerza de retención de una ventosa se obtiene al multiplicar la superficie de aspiración de la ventosa por la presión diferencial. Esto significa que a mayor superficie de aspiración y mayor presión diferencial, más grande será la fuerza de sujeción de un sistema.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

A parte de las ventosas, existen otros sistemas de agarre por vacío con gran presencia en la industria. Son los equipos de planos aspirantes que son capaces de incorporar tanto ventosas con sistemas de amortiguación como esponjas hermetizantes. Un plano aspirante dispone de una lámina adhesiva con una esponja que le facilita manipulaciones con ciclos rápidos. Las ventosas han sido fabricadas para trabajar con piezas flexibles, como es el caso de sacos, envases y bandejas, mientras que las esponjas hermetizante están destinadas para la manipulación de piezas alargadas, rígidas, con superficie rugosa o latas con cantos descubiertos en donde el agarre de una ventosa es difícil.

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