Tipos de bombas de vacío para robots industriales

Conoce las bombas de vacío más avanzadas del mercado

Tipos de bombas de vacío

En función de las características de cada aplicación existe un tipo de bomba de vacío que se adecua a las necesidades de cada trabajo. A continuación mostramos los diferentes tipos de bombas de vacío que existen.

Bombas de vacío rotativas de paletas

Las bombas de vacío de paletas se llaman así porque en su interior emplean paletas. Son las más empleadas por su bajo precio y porque garantizan una vida prolongada. Son bombas que requieren lubricantes y se caracterizan por sus pequeñas dimensiones y por ser compactas, ayudando a su integración en cualquier proceso industrial. Ofrecen un nivel de vacío primario y un gran caudal. También se les llama por el nombre de bombas combinadas de canal lateral.

Bombas de vacío de membrana

Las bombas de vacío de membraba no necesitan ningún tipo de lubricantes y prácticamente no necesitan mantenimiento. Están especialmente indicadas para trabajar con productos alimenticios y cosméticos, en donde se emplean productos viscosos y corrosivos. Son muy resistentes ante el efecto de los productos químicos y la corrosión.

Son generadores que tienen un comportamiento excelente cuando trabajan sin parar y cabe resaltar que ofrecen menos caudal que las bombas rotativas.  que una bomba de lubricación, pero el nulo mantenimiento equipara la inversión inicial.  

Bombas de vacío de anillo líquido

Las bombas de vacío de anillo líquido son bombas secas que sobresalen por su capacidad para funcionar con aire mezclado con partículas viscosas. Una de sus principales características es que ofrece 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 genera la estanquidad del depósito.

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

Una de las mayores desventajas de este sistema de alto rendimiento es que para crear el gran caudal de presión que emiten, tienen un consumo de energía muy grande. Por ello únicamente se recomienda su uso en caso de dimensionar correctamente las necesidades.

Bombas de vacío scroll

Son bombas compactas que se componen de espirales para comprimir el aire. Destacan 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 son muy utilizadas en entornos higiénicos, como es el caso de laboratorios farmacéuticos. No se recomienda su uso en procesos en donde el entorno proyecta partículas contaminantes. Al no necesitar aceites lubricantes apenas tienen mantenimiento.

Bombas de vacío turbomoleculares

Este tipo de bombas de vacío ofrecen elevada presión y funcionan como los compresores. Son bombas secas especialmente desarrolladas para procesos en ambientes higiénicos del sector alimentario y farmacéutico. Para su funcionamiento necesitan una bomba primaria que asegure una presión de hasta 10 mbar. Se colocan en cojinetes magnéticos en donde cogen velocidades de rotación muy elevadas. A pesar de que no utiliza ningún tipo de aceite lubricante necesitan un mantenimiento elevado, al que si añadimos su elevado coste de compra, le convierte en un equipo que se utiliza para soluciones avanzadas.

Qué es una bomba de vacío y para qué sirve

Una bomba de vacío es un sistema mecánico que se utiliza para extraer el aire, gas o líquidos de un circuito o depósito con la finalidad de crear un sistema de presión de vacío. Por lo tanto una bomba de vacío es la responsable de generar una depresión en un sistema. Básicamente las bombas de vacío sirven para que diferentes sistemas asociados de vacío puedan trabajar con la presión creada.

Es importante saber qué es una bomba de vacío y cómo se comporta, adecuado para cada aplicación requiere revisar distintas aspectos, por ello vamos a mencionar los factores qué debes de atender previamente a la compra de un generador de vacío.

Aplicaciones de las bombas de vacío

Las bombas de vacío se utilizan en todos los trabajos en donde se requiere generar una presión de vacío para el agarre y manipulación de objetos. Pueden ser en aplicaciones industriales de manipulación de envases, cajas, bolsas o transporte neumático de maderas por medio de ventosas de vacío. Son muy utilizadas en el sector alimentario durante el envasado al vacío o en el sector farmacéutico. También se utilizan en los procesos de las destilerías o en la composición de componentes electrónicos. No obstante están destinadas a eliminar la humedad de los ambientes contaminados o productos como el papel y para la eliminar gases en entornos peligrosos, como por ejemplo en las minas.

Para aplicaciones más avanzadas, como sucede en de centros de investigación con aceleradores de partículas, se emplean bombas de ultravacío que mencionaremos en este artículo.

Tipo de lubricación de las bombas de vacío

Los generadores de vacío principalmente se distinguen entre ellos porque unos requieren lubricantes con aceites y otros no. 

¿Cómo funciona una bomba de vacío?

Las bombas de vacío extraen partículas de gas de un circuito sellado para crear un vacío parcial. Al extraer el aire mediante una disminución de la presión, lo saca al exteriory según la aplicación 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 que requiere para alcanzar la presión límite de salida

¿Cómo elegir una bomba de vacío?

Previamente a la compra de una bomba de vacío debes de tener en cuenta aspectos 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. Detectar correctamente 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 lubricante que debe de tener, así como el caudal que debe producir, el nivel de vacío o la compatibilidad química. En función de todos estos parámetros el coste de mantenimiento y el precio final del equipo puede variar significativamente.

Caudal que emite una bomba de vacío

El caudal de una bomba hace referencia al tiempo de vaciado de una máquina y es imprescindible tener identificadas las necesidades para saber cuál debe de ser el caudal volumétrico que debe de generar un generador de vacío. Este parámetro nos proporcionará información sobre la velocidad de bombeo que requiere el sistema, que será mayor a mayor caudal de la bomba.

Tipos de niveles de vacío

Hay diversas clases de vacío, como son el vacío primario, el vacío secundario y el ultravacío. Se diferencian entre sí por la cantidad de moléculas que obtienen que equivale a la presión de gases residuales. Por lo tanto, a menor presión, menos moléculas por cm3. Tanto la presión máxima de vacío como la presión mínima de vacío tienen la unidad de medida en mbar.

Un detalle importante para asegurar un uso prolongado de los generadores de vacío es la integración de equipos que aseguren la protección contra la humedad de los equipos. Para ello se pueden incluir sistemas desecantes que favorezcan considerablemente a extraer la humedad del circuito y evitar el deterioro 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 son una tecnología reciente, tal vez te sorprenda la realidad. Si queremos saber quién inventó la bomba de vacío debemos de retroceder hasta mediados del siglo XVII. Un físico de origen alemán de nombre Otto von Guericke, conocido por sus investigaciones en presión atmosférica y la física del vacío, creo la primera bomba en 1650. Entre los muchos proyectos por los que alcanzó reconocimiento se encontraba uno con el que logro generar vacío parcial mediante un émbolo integrado dentro de un cilindro. En una exhibición 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 hacemos un pequeño repaso de los equipos de vacío que acompañan a las bombas de vacío en máquinas robotizadas

¿Qué es una ventosa y para qué sirve?

Una ventosa de vacío es un accesorio que se encarga de coger un objeto, es decir, es el punto de unión entre una máquina y un producto. Utiliza presión por vacío para adherirse a las piezas al provocar 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 el generador de vacío, que es el responsable de extraer el aire que permanece en la ventosa.

La finalidad de utilizar sistemas de sujeción por vacío en líneas de paletizado es aportar alternativas que faciliten aumentar la optimización de los trabajos y aumentar su productividad.

Ventajas de integrar los diferentes tipos de vacío bombas de vacío que existen

Las aplicaciones de vacío generan los siguientes beneficios al sector de la automatización:

• Son capaces de trabajar con piezas a gran velocidad
• Ofrecen gran precisión en la colocación
• Son sistemas neumáticos muy flexibles a la hora de integrarlos a los procesos
• Gastan menos energía respecto a otros sistemas
• El sistema neumático es es un sistema limpio lo que le permite trabajar en entornos exigentes como puede ser el sector alimentario
• Es una solución perfecta para producir con robots Delta
• Necesitan una programación muy sencilla de integrar en equipos automáticos
• Se adaptan perfectamente en la automatización de final de línea y del paletizado automático.
• Ofrecen tiempos de ciclo muy rápidos
• Se pueden personalizar en función de la porosidad de las piezas

¿De qué modo funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa funciona situándose encima de una superficie en donde al adherirse expulsa el aire del interior. Al dejar de ejercer la presión, retomando su forma, creando un vació de baja presión   como para mantenerse adherido al material. Esta fuerza de agarre es generada por la diferencia de presión atmosférica existente entre la ventosa y el exterior.

Tipos de ventosas de vacío para bombas de vacío industriales

Para dejar un objeto desactivamos la presión provocada por el generador 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 dentro. Hay aspectos a tener en cuenta antes de calcular el tiempo que puede mantener la presión constante, como la porosidad de las piezas, el generador de vacío que se emplea que las ventosas para aplicaciones especiales son las diseñadas exclusivamente para trabajar sobre las particularidades de productos específicos.

• Ventosas planas. Las ventosas planas, también llamadas ventosas de copa, son las ventosas estándar en el sector industrial al ser usadas principalmente para trabajar con piezas con superficie plana, cóncavas e incluso abombadas. Las ventosas pueden disponer de una geometría redonda y ovalada. Existen modelos que permiten adaptarse correctamente a la constitución de los objetos, así como su anchura y a su capacidad de deformación. Destacan por su gran capacidad de precisión en la colocación. Las ventosas planas ovaladas, y en especial las placas de ventosa ovaladas son soluciones eficientes para el agarre de pletinas largas y estrechas, es el caso de marcos de puertas que incluso pueden llegar a estar abombadas.
• Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas enfocadas a productos alimenticios con superficie más grande de lo habitual para procesos en donde se requiere no dejar marca.
• Ventosas de fuelle. Las ventosas de fuelle reciben su nombre por su aspecto de acordeón o fuelle, con alturas mínimas en los pliegues de 1.5 mm que van aumentando según el fabricante. Han sido diseñadas para ser empleadas sobre superficies curvas, con desniveles de altura o con deformaciones. Tienes a tu disposición ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque según las necesidades de la pieza pueden incorporar juntas anulares que aumentan la sujeción ante superficies con diferentes alturas. Las ventosas de fuelle ovaladas están indicadas para objetos largos y finos.
• Ventosas rectangulares. Son ventosas con forma rectangular expresamente diseñadas para procesos de agarre de bolsas y sacos de hasta 50 kg. Puedes encontrar modelos de ventosas con dimensiones que van desde los 25x17mm hasta los 445x216mm.
• Ventosas con forma de campana. Son ventosas con forma de campana y destacan porque disponen de un labio hermetizante muy delgado. Son muy flexibles a la hora de agarrar piezas en superficies con esquinas. Se adaptan muy bien a procesos de Pick & Place en el sector de bienes de consumo.
• Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas pesadas y de gran tamaño. Tienen un gran comportamiento en superficies rugosas, como por ejemplo hormigón o mármoles. Existen ventosas con diámetros que van desde los 100 mm hasta los 450 mm.
• Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas has sido fabricadas para trabajar sobre superficies metálicas abombadas y cubiertas por una película de aceite. En su interior incorporan un sistema antideslizante que asegura un agarre satisfactorio. Hay que subrayar su potencial de succión y por poder mover piezas en sentido horizontal y vertical.
• Ventosas de triple labio. Son ventosas fabricadas para superficies rugosas. El sistema de triple labio asegura la sujeción en piezas muy rugosas e irregulares. Existe un abanico de ventosas que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro.
• Ventosas flotantes. Son ventosas a la sujeción de piezas extremadamente finos y frágiles, como pueden ser láminas, enchapado o células fotovoltaicas. Están diseñados para no dejar huella gracias a que apenas tiene contacto con la pieza. A lo largo del agarre, la ventosa flota en el aire por el principio de Bernoulli.
• Ventosas especiales. Son las ventosas fabricadas a medida para trabajos especiales, como por ejemplo sus dimensiones, geometría o condiciones ambientales.
• Ventosas para perfiles hermetizantes. Es el nombre por el que 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 garantizar el agarre del material sin dejar huella.
• Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es una aplicación de vacío que mediante la utilización de una esponja se realiza la manipulación de piezas por vacío eliminando el uso de ventosas. Se utilizan para la sujeción de piezas delicadas en donde es imprescindible no generar huella, como sucede con los cristales de pantallas LCD. También se usan para la sujeción de un gran número de materiales empleando tan solo un único sistema de planos aspirantes. Entre sus ventajas se encuentran en que no sufren fugas y son muy rápidas de sustituir. En función del modelo puedes sustituir el tipo de material para que tenga un eficiente envejecimiento. Los hay de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas tienen láminas que permiten realizar su sustitución rápidamente. Están especialmente adaptados 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 permiten adaptarse a las necesidades de sujeción a los clientes. Han sido diseñados para ser muy flexibles ante los procesos de paletización, ya sea por tamaño, peso o forma. El sistema de agarre por vacío es con ventosas, esponjas hermetizantes o espuma, y los generadores de vacío pueden ir incorporados o no en el equipo. La flexibilidad de este sistema permite seccionar la placa en dos zonas autónomas para la sujeción 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 son de reducidas dimensiones o grandes, como por ejemplo los de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de cajas.
• Ventosas para capa completa de paletizado. Los distribuidores 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. Estos útiles facilitan el aumento de la productividad de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de elementos de sujeción adaptados.

Características de los materiales de las ventosas de vacío

Los materiales con los que están diseñadas las ventosas se adaptan a las particularidades del producto, motivo por el cual existe 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 variables del caucho, como el caucho fluorado. Estos materiales se comportan correctamente ante el desgaste, fricción, grado de estanquidad, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, alcohol y ácidos, a la intemperie, humedad del proceso y del ambiente laboral. Los trabajos específicos para el sector de la alimentación deben disponer de la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Componentes de un sistema de vacío

Las bombas de vacío para robots en el sector de la automatización cumplen con los requerimientos colaborativos por medio de grippers de vacío y garras. Principalmente una bomba de vacío industrial esta acompañada de los siguientes equipos de vacío:

• Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para amortiguar las diferencias existentes entre el equipo de vacío y un objeto. En función de su diseño, las necesidades de las ventosas pueden variar entre sí.
• Racores y alojamientos articulados. Se emplean para orientar las ventosas en piezas con desniveles.
• Eyectores de vacío. Estos accesorios generan el vacío centralizado de forma neumática e incorporan silenciadores. Se utilizan para mejorar la activación de las señales. Pueden ser compactos, en línea o por medio de terminales compactos que forman módulos.
• Bombas de vacío. Las bombas de vacío es un sistema que funciona con electricidad que sirven para extraer presión de un sistema a una presión inferior que la de la atmósfera. Así creas un circuito con presión de vacío con el caudal necesario para agarrar grandes pesos.
• Generadores de Vacío. Los generadores de vacío funcionan por medio de un sistema neumático o eléctrico que establece el vacío debido en el interior de un circuito. Son los encargados de lograr ciclos a gran velocidad y gracias a que son equipos pequeños son sencillos de instalar en un equipo. Estos equipos mecánicos están recomendados para cuando no hay posibilidad de incorporar un módulo o cuando el producto requiere gran presión para la potencias de aspiración elevadas.
• Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan para vaciar la presión del circuito que en función de las necesidades, dispondrá de una tecnología más avanzada para dar respuesta a los productos más exigentes. Dentro incorporan válvulas con diferentes geometrías, como por ejemplo de bola o de trébol, cada una de ellas cuenta con sus propias particularidades. 
• Utillajes de compensación para ventosas. Son equipos de vacío que se utilizan para compensar los desplazamientos que se generan a lo largo del el proceso de sujeción. Tienes modelos que pueden contrarrestar los desplazamientos laterales y también te permite la posibilidad de incluir un antigiro.

Utilidades de las ventosas de vacío

La tecnología de vacío se adapta constantemente a las necesidades que hay en la la Industria 4.0 ofreciendo con soluciones de fijación adecuadas a las particularidades de cada proceso. Algunos ejemplos para los que están directamente fabricados son para labores de sujeción de objetos en alimentación de prensas, automatización de líneas de producción, preparación de pedidos en centros de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de botellas puertos, envasado, alimentación, automoción, productos químicos y electrodomésticos.

Los materiales adecuados para realizar labores de manipulación por medio de sistemas de vacío son materiales con poco espesor, con desniveles, láminas de papel, plásticos por inyección, vidrio, madera, accesorios de electrónica y tecnológicos, chapa, blíster de envases, láminas de plástico, células solares, mármol, azulejos, etc… 

Calcular una bomba de vacío

Efectivamente realizar bien el cálculo es de vital importancia para un funcionamiento adecuado de un trabajo. 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, 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 roscada y la misma ventosa. Los equipos incorporan generación de vacío integrada a través de efectores, generadores y bombas de vacío, elementos que se emplean en un circuito de aire que está complementado por mangueras de aire, racores y válvulas.