Sistemas de vacío

Tecnología de vacío industrial

La tecnología de vacío ofrece al sector de la automatización soluciones de agarre a las piezas adaptándose a su geometría, tamaño, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su volumen. El objetivo de utilizar sistemas de sujeción por vacío en cadenas de envasado es aportar alternativas que ayuden a aumentar la optimización de los trabajos y favorecer su productividad.

Tecnología de sistemas de vacío
Imagen cedida por: Piab.com

¿Qué es la tecnología de vacío y para qué sirve?

La tecnología de vacío hace referencia a los diferentes sistemas de vacío que existen destinados a coger una pieza u objeto, y que por lo tanto, se convierten en el punto de unión entre una máquina y una pieza. Por ejemplo las ventosas utilizan presión negativa para coger las piezas al generar una depresión. La presión negativa es provocada al expulsar la presión del aire al exterior de la ventosa favoreciendo de este modo sujetar una pieza. Hay que señalar la diferencia de presión entre dentro y fuera de la ventosa la provoca la bomba de vacío, quien se encarga de evacuar el aire que permanece en la ventosa.

Habitualmente los diferentes tipos de sistemas de vacío se destinen a procesos productivos de manipulación de materiales, ya sea en una cadena de producción, alimentadores de robots, puestos de picking o de empaquetado.

Ventajas de integrar tecnologías de vacío

Las técnicas de vacío generan los siguientes 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 integrarlos a los trabajos
  • Tiene un menor consumo de energía que otros sistemas
  • El sistema de vacío es un sistema limpio lo que le favorece a la hora de ser incorporado en ambientes que requieren gran limpieza como puede ser el sector alimentario
  • Es una solución perfecta para trabajar con robots Delta
  • Requieren una configuración muy fácil de integrar en equipos automáticos
  • Se adaptan perfectamente en la automatización de final de línea y del packaging.
  • Permiten ciclos a gran velocidad
  • Son muy adaptables a la rugosidad de los materiales

¿De qué modo funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa funciona situándose encima de una superficie en donde al presionar expulsa el aire del interior. Al dejar de ejercer la presión, vuelve a su estado normal, creando un vació parcial lo suficientemente importante como para quedarse sujeto al material. Esta fuerza de sujeción se crea por la diferencia de presión atmosférica existente entre la ventosa y el exterior.

Para soltar un objeto eliminamos la presión generada por el generador de vacío, igualando ambas presiones. Por lo tanto, el tiempo que aguanta una pieza sujeta a una ventosa será proporcional al tiempo que logre tener las diferencias de presión entre fuera y el interior de la ventosa. Hay aspectos a controlar antes de calcular el tiempo que es capaz de mantener la presión del sistema, como la porosidad de las piezas, el generador de vacío que se emplea que las ventosas para aplicaciones especiales son las diseñadas exclusivamente para dar respuesta a las condiciones de trabajo más difíciles.

Tipos de ventosas para robots industriales

A continuación hacemos un resumen de las ventosas de vacío que se utilizan en el sector industrial:

  • Ventosas de vacío planas. Las ventosas planas, también llamadas ventosas de copa, son las más empleadas en el sector industrial al ser usadas principalmente para coger piezas con superficie plana, cóncavas e incluso ligeramente abombadas. Las ventosas tienen una geometría redonda y ovalada. Existen ventosas que se adaptan eficazmente a la geometría de las piezas, 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 son soluciones eficientes para el agarre de piezas largas y estrechas, como por ejemplo perfiles de ventanas que incluso pueden llegar a estar abombadas.
  • Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas enfocadas a productos alimenticios con base más grande de lo habitual para trabajos en donde se necesita no dejar marca.
  • Ventosas de vacío de fuelles. Las ventosas de fuelle son denominadas así por su aspecto de acordeón o fuelle, con alturas mínimas en los pliegues de 1.5 mm que aumentan según el fabricante. Han sido diseñadas para utilizarse sobre superficies curvas, con desniveles de altura o con deformaciones. Tienes a tu disposición ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque según el producto pueden incorporar juntas anulares que aumentan la sujeción ante superficies con diferentes alturas. Para piezas largas y estrechas se han creado las de fuelle ovaladas. El diámetro de estas ventosas va desde los 2 mm hasta 255 mm.
  • Ventosas rectangulares. Son ventosas con base rectangular especialmente indicadas para trabajos de agarre 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 tienen el labio hermetizante muy fino. Ofrecen gran flexibilidad a la hora de coger piezas en superficies con bordes. Están especialmente indicados para trabajos de Bin-Picking en el sector de bienes de consumo.
  • Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas pesadas y de gran volumen. Están indicadas para superficies rugosas, como es el caso de mármoles o losas de pizarra. Existen ventosas con diámetros que van desde los 100 mm hasta los 450 mm.
  • Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas están especialmente diseñadas para trabajar sobre piezas metálicas abombadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior tienen un sistema antideslizante que asegura una inmejorable sujeción. Hay que subrayar su gran capacidad de succión y por poder coger piezas tanto en horizontal como en vertical.
  • Ventosas de triple labio. Son ventosas fabricadas para superficies rugosas. El sistema de triple labio asegura el agarre en piezas muy rugosas e irregulares. En el mercado hay un gran número de modelos que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro.
  • Ventosas flotantes. Son ventosas destinadas al agarre de objetos extremadamente delgados y delicados, como por ejemplo las láminas, enchapado o células fotovoltaicas. Han sido fabricados para no marcar las piezas gracias a que prácticamente no 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 confeccionadas a medida para trabajos muy exigentes, 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 disponen de una base plana y redonda para asegurar el agarre del material sin realizar deformaciones.
  • Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es una aplicación de vacío que mediante el uso de una esponja se realiza la manipulación de piezas por vacío suprimiendo la necesidad de utilizar ventosas. Se utilizan para el agarre de piezas delicadas en donde es imprescindible no crear huella, como sucede con los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se emplean para la sujeción de un gran número de piezas por medio de una única garra. Una de sus principales ventajas es que no tienen pérdidas y son especialmente fáciles de sustituir. En función del modelo puedes sustituir el material de la espuma para que garantice un mayor agarre. Los más extendidos son de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas disponen de láminas que permiten realizar los cambios rápidamente. Se usan principalmente con vidrio, envases, metal, plástico, madera, paquetes de logística, cristales de pantallas, acero inoxidable, sacos o piedra.
  • Cajones de vacío modulares. Los cajones de vacío son aplicaciones modulares que facilitan la adaptación a las necesidades de sujeción a los clientes. Han sido diseñados para ser muy flexibles ante numerosos productos en trabajos de paletización, 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 ir incorporados o no en el equipo. La capacidad de adaptación de este sistema permite seccionar la placa en dos zonas independientes para el agarre de diferentes modelos de piezas.
  • 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 diversos materiales.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores han creado aplicaciones de logística para el paletizado de capas completas mediante el uso de sistemas de vacío que se combinan con garras mecánicas especiales. Estas herramientas facilitan el aumento de la productividad 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 creadas las ventosas se adaptan a las necesidades del producto, motivo por que hay una amplia gama de compuestos. Los más habituales 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 etileno propileno. Estos materiales se comportan correctamente ante el desgaste, fricción, grado de estanquidad, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, disolventes y ácidos, a la intemperie, humedad del proceso y del ambiente laboral. Los trabajos destinados para el sector de la alimentación necesitan tener la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Partes de un sistema de vacío

Las aplicaciones de vacío para el sector de la robótica industrial cumplen con las necesidades colaborativas por medio de gripper de vacío y garras. Básicamente un sistema de vacío puede llegar a incorporar los siguientes elementos:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son piezas creadas para compensar las diferencias existentes entre el sistema de vacío y la pieza a manipular. En función de su diseño, las necesidades de las ventosas pueden necesitar un suplemento.
  • Racores y alojamientos articulados. Tienen especial utilidad para orientar las ventosas en superficies inclinadas.
  • Eyectores de vacío. Estos accesorios provocan presión negativa centralizado de forma neumática e incorporan silenciadores. Se utilizan para controlar la eficacia 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 que funciona con electricidad que se utilizan para sacar presión de un sistema a una presión menor a la que hay en la atmósfera. Así puedes disponer de un circuito con presión de vacío con el caudal imprescindible para agarrar piezas exigentes.
  • Generadores de Vacío. Estos equipos de vacío utilizan un sistema neumático o eléctrico que crea el vacío necesario dentro de un circuito. Son los responsables de generar movimientos muy rápidos y gracias a que son equipos pequeños son muy fáciles de instalar en un sistema. Los generadores eléctricos están recomendados para cuando no es compatible un equipo o cuando el producto necesita gran presión para la potencias de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan en trabajos de descarga de presión del sistema que en función de las necesidades, tendrá una tecnología más avanzada para dar respuesta a los productos más exigentes. Dentro 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 herramientas de vacío que compensan los movimientos producidos durante el proceso de sujeción. Tienes modelos que pueden amortiguar el giro e incluso puedes incluir un antigiro.

Utilidades de las tecnologías de vacío

La tecnología de vacío se adapta constantemente a los cambios que se producen en la Industria 4.0 ofreciendo con sistemas de vacío adecuados a las necesidades de cada producto. Algunos de los mercados para los que están específicamente orientados son para labores de manipulación de objetos en alimentación de prensas, automatización de líneas de producción, distribución de pedidos en áreas de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de cajas puertos, envasado, bebidas, automoción, productos farmacéuticos y componentes electrónicos.

Los materiales adecuados para realizar labores de carga y descarga con sistemas de vacío son principalmente materiales finos, deformables, láminas de papel, plástico, vidrio, madera, accesorios de electrónica y tecnológicos, chapa, envases, láminas de plástico, células solares, hormigón, baldosas, etc… 

¿Cómo calcular la ventosa para un proceso?

Antes de comprar una ventosa de vacío es de vital importancia calcular correctamente cuáles son nuestras necesidades. La fuerza de adherencia de una ventosa se obtiene al multiplicar la superficie de aspiración de la ventosa por la presión diferencial. Por lo tanto a mayor superficie de aspiración y mayor presión diferencial, mayor será la fuerza de retención de una ventosa.

Partes de una ventosa

Los sistemas de vacío disponen de ventosas, piezas elastométicas o hermetizantes que en su modo más simple se componen de dos partes, la boquilla y la misma ventosa. Los sistemas 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 debemos de que sumar tuberías de aire, racores y válvulas.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

Además de las ventosas ovaladas, planas o redondas, existen otras aplicaciones de agarre por vacío muy extendidos en el sector industrial. Son los equipos de planos aspirantes que pueden incorporar tanto ventosas con compensación de alturas como esponjas hermetizantes. Este sistema dispone de una lámina que se pega con una esponja que le permite manipulaciones con ciclos rápidos. Las ventosas están especialmente indicadas para operar con piezas flexibles, como por ejemplo sacos, envases y bandejas, mientras que las esponjas hermetizante destacan en la manipulación de piezas alargadas, rígidas, con superficie rugosa o latas y tarros con bordes en donde la sujeción de una ventosa es muy complicada.

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