Sistemas de vacío

Tipos de sistemas de vacío industriales

Las aplicaciones de vacío ofrecen al sector de la automatización industrial soluciones de sujeción a las piezas amoldándose a su forma, espesor, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su volumen. La finalidad de utilizar sistemas de sujeción por vacío en líneas de envasado es ofrecer diferentes opciones que permitan aumentar la optimización de los trabajos y favorecer su capacidad de fabricación.

Tipos de sistemas de vacío industriales
Imagen cedida por: PIAB.com

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

Un sistema de vacío hace referencia a los equipos con circuitos neumáticos que se utilizan para coger objetos y piezas. Normalmente los sistemas de aspiración disponen de ventosas, convirtiéndo estos elementos en el punto de unión entre una máquina y un producto. Para sujetar las piezas utiliza presión por vacío o presión negativa, la cuál se crea al expulsar la presión del aire al exterior de la ventosa favoreciendo de este modo la sujeción de la pieza. Cabe destacar que la diferencia de presión entre el interior y exterior de la ventosa la provoca la bomba de vacío, que es la responsable de extraer por completo el aire que permanece en la ventosa. Habitualmente las aplicaciones de vacío se empleen en procesos industriales, ya sea en una cadena de fabricación, alimentadores de robots, puestos de picking o de empaquetado.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

A parte de las ventosas, tenemos a nuestro alcance otras aplicaciones de agarre por vacío muy extendidos en la industria. Son los sistemas de planos aspirantes que son capaces de incorporar tanto ventosas con compensación de alturas como esponjas hermetizantes. Un plano aspirante dispone de una lámina que se pega con una esponja que le permite manipulaciones con ciclos rápidos. Las ventosas están especialmente indicadas para trabajar con piezas flexibles, sirvan de ejemplo los sacos, envases y bandejas, mientras que las esponjas hermetizante sobresalen en el agarre de piezas alargadas, con superficie rugosa o latas y tarros con bordes en donde el agarre de una ventosa es imposible.

Ventajas de incorporar sistemas de vacío

Los sistemas de vacío generan grandes beneficios al sector industrial:

  • Permiten realizar manipulaciones de piezas a gran velocidad
  • Ofrecen gran precisión en la colocación
  • Son sistemas neumáticos muy flexibles a la hora de adaptarlos a los trabajos
  • Tiene un menor consumo de energía respecto a otros sistemas
  • El sistema neumático es es un sistema limpio lo que le permite trabajar en ambientes exigentes como sucede en el sector farmacéutico
  • Es una solución ideal para producir con robots Delta
  • Utilizan una configuración muy fácil de integrar en máquinas automatizadas
  • Son muy productivos en la automatización de final de línea y en robots paletizadores.
  • Ofrecen tiempos de ciclo muy rápidos
  • Se adaptan correctamente a la porosidad de los distintos materiales

¿De qué manera funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa de vacío funciona situándose encima de una superficie en donde al presionar expulsa el aire de la misma. Al dejar de ejercer la presión, vuelve a su posición normal, provocando un vació parcial   como para mantenerse adherido a la pieza. Esta fuerza de sujeción se crea por la diferencia de presión atmosférica existente entre la ventosa y el exterior.

Para dejar una pieza quitamos la presión provocada por el generador de vacío, igualando de este modo ambas presiones. Por lo tanto, el tiempo que aguanta una pieza sujeta a una ventosa será proporcional al tiempo que logre mantener las diferencias de presión entre el exterior y el interior de la ventosa. Hay aspectos a tener en cuenta antes de calcular el tiempo que es capaz de mantener la presión constante, como la porosidad de las piezas, la bomba de vacío que se mientras que las ventosas para aplicaciones especiales son las creadas exclusivamente para dar respuesta a las condiciones de trabajo más difíciles.

Tipos de ventosas de vacío

  • Ventosas planas. Las ventosas planas, o ventosas de copa, son las más empleadas en el sector industrial al ser usadas principalmente para manipular piezas con superficie plana, cóncavas e incluso abombadas. Las ventosas pueden disponer de una forma redonda y ovalada. Tenemos a nuestra disposición ventosas que permiten adaptarse correctamente a la constitución de las piezas, del mismo modo que a su anchura y a su capacidad de deformación. Destacan por su gran capacidad de posicionamiento repetitivo. Las ventosas planas ovaladas, y en especial las placas de ventosa ovaladas son soluciones eficaces para la sujeción de piezas largas y estrechas, es el caso de marcos de ventanas que incluso pueden encontrarse abombadas.
  • Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas que se usan en productos alimenticios con superficie plana para procesos en donde se requiere no dejar marca.
  • Ventosas de fuelle. Las ventosas de fuelle reciben su nombre por su forma de acordeón o fuelle, con pliegues de 1.5 que aumentan en función del fabricante. Han sido diseñadas para ser empleadas en superficies abombadas, con diferencias de altura o con deformaciones en los materiales. La gama está compuesta por ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque en función del material pueden tener juntas anulares que favorecen la sujeción ante superficies con mayor desnivel. Para piezas largas y delgadas se han creado las de fuelle ovaladas. 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. Tenemos a nuestro alcance ventosas con dimensiones que van desde los 25x17mm hasta los 445x216mm.
  • Ventosas con forma de campana. Son ventosas que recuerdan a una campana y se caracterizan porque tienen el labio hermetizante muy fino. Son muy flexibles a la hora de agarrar piezas en superficies con esquinas. Están especialmente indicados para trabajos de Picking en el sector alimentario.
  • Ventosas metálicas. Destacan por su capacidad para levantar piezas robustas y de gran volumen. Están indicadas para superficies porosas, como por ejemplo hormigón o losas de pizarra. Tienes a tu disposición 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 superficies metálicas abombadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior integran un sistema antiderrapante que garantiza el correcto comportamiento. 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 específicamente diseñadas para superficies rugosas. Dispone de un triple labio que asegura el agarre en piezas extremadamente rugosas o 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 a la sujeción de piezas extremadamente finos y delicados, como por ejemplo las láminas, obleas o células fotovoltaicas. Han sido fabricados para no realizar deformaciones en los materiales gracias a que prácticamente no tiene contacto con la pieza. Durante el proceso de manipulación, la ventosa flota en el aire siguiendo el principio de Bernoulli.
  • Ventosas especiales. Son las ventosas confeccionadas a medida para procesos muy exigentes, como puede ser por sus dimensiones, geometría o temperatura del entorno de trabajo.
  • Ventosas para perfiles hermetizantes. Es el nombre por el que se denomina a las ventosas que se adaptan a trabajos hermetizantes con aristas y esquinas.
  • Ventosas planas para papel y láminas. Son ventosas que se componen de una base plana y redonda específicamente diseñados para asegurar el agarre del material sin dejar huella.
  • 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 la sujeción de piezas delicadas en donde no puede generar huella, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se emplean para la sujeción de un gran número de materiales utilizando únicamente una única garra. Una de sus principales ventajas es que no sufren fugas y que son muy rápidas de intercambiar. En función del modelo puedes sustituir el material de la espuma para que garantice un mejor envejecimiento. Los hay de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas disponen de láminas que permiten realizar los cambios rápidamente. 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 agarre a los clientes. Han sido diseñados para poder adaptarse ante los procesos 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 ir incorporados o no en el equipo. La flexibilidad 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 por ejemplo los de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de cajas.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores han desarrollado aplicaciones 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 producción de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de sistemas de manipulación adaptados.

Recomendamos que antes de comprar una ventosa de vacío debes de conocer bien los diferentes productos y materiales que tienes a tu alcance para poder adaptarlos a las necesidades de tu proceso.

Características de los materiales de las ventosas de vacío

Los materiales con los que están diseñadas las ventosas son flexibles a las necesidades del producto, motivo por el cual existe una amplia gama 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 aseguran un buen envejecimiento frente al desgaste, fricción, grado de estanquidad, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, alcohol y ácidos, a la intemperie, temperaturas del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos específicos del sector alimenticio 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 se adaptan perfectamente a los requerimientos colaborativos por medio de grippers de vacío y garras. En función de las características del producto, el sistema de vacío puede incorporar diferentes accesorios:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para amortiguar las diferencias existentes entre el equipo de vacío y un material. En función de la geometría de la pieza, las necesidades de las ventosas pueden variar entre sí.
  • Racores y alojamientos articulados. Se utilizan para adaptar las ventosas en piezas con desniveles.
  • Eyectores de vacío. Estos accesorios generan el vacío centralizado de forma neumática e incorporan silenciadores. Se utilizan para controlar 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 eléctrico que se utilizan para extraer presión de un sistema a una presión inferior a la que hay en la atmósfera. De este modo genera un circuito con presión negativa con el caudal imprescindible para succionar grandes pesos.
  • Generadores de Vacío. Los generadores de vacío utilizan un sistema neumático o eléctrico que establece el vacío debido en el interior de un circuito. Son los encargados de generar ciclos a gran velocidad y gracias a que son equipos pequeños son sencillos de instalar en un circuito. Los generadores eléctricos están especialmente indicados para cuando no es compatible un equipo o cuando el producto necesita gran presión para la aspiración de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas están destinadas a trabajos de descarga de presión del sistema que según las necesidades, dispondrá de una tecnología más desarrollada para dar respuesta a los procesos más exigentes. En su interior llevan 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 equipos de vacío que sirven para compensar los desplazamientos que se generan a lo largo del el proceso de sujeción. Tienes modelos que pueden amortiguar los desplazamientos laterales y también tienes la posibilidad de incorporar un antigiro.

¿En dónde se utilizan las ventosas de vacío?

Las técnicas de vacío se adaptan constantemente a los cambios que se producen en la la Industria 4.0 ofreciendo con sistemas de vacío adecuados a las particularidades de cada proceso. Algunos ejemplos para los que están directamente fabricados son para trabajos de movimiento de objetos en alimentadores de prensas, automatización de final de línea, distribución de pedidos en centros de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de sacos aeropuertos, empaquetado, alimentación, automoción, productos farmacéuticos y piezas de electrónica.

Los materiales adecuados para realizar manipulaciones de piezas con ventosas de vacío son principalmente materiales con poco espesor, con desniveles, láminas de papel, plástico, vidrio, madera, productos de electrónica y tecnológicos, metálicos, blíster de envases, láminas de plástico, pantallas LCD, hormigón, baldosas, etc… 

Partes de una ventosa

Los sistemas de vacío disponen de ventosas, piezas elastométicas o hermetizantes que en su modo más simple se dividen en dos partes, la boquilla roscada y la propia ventosa. Los equipos incorporan generación de vacío integrada a través de eyectores compactos, generadores y bombas de vacío, partes imprescindibles de un circuito de aire que está complementado por mangueras de aire, racores y válvulas.

Tamaños de las ventosas

Tenemos a nuestro alcance diferentes tipos de ventosas de vacío, ya sea rectangulares, redondas o planas. Estas últimas tienen un diámetro que comprende desde 1 mm hasta 125 mm, mientras que las de fuelle suelen comercializarse entre 11 mm y 255 mm. Estas medidas pueden variar en función del fabricante y de la aplicación.

Calcular la ventosa idónea para un agarre por vacío

Desde luego realizar bien el cálculo es de vital importancia para el correcto funcionamiento de un proceso. La fuerza de adherencia de una ventosa se calcula al multiplicar la superficie de aspiración de la ventosa por la presión diferencial. Esto significa que cuanto mayor sea el área de aspiración y mayor presión diferencial, mayor será la capacidad de retención de una ventosa.

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