Sistemas de vacío

Tipos de ventosas de vacío neumáticas

Los diferentes tipos de ventosas y soluciones de vacío que tenemos a nuestra disposición aportan al sector de la automatización soluciones de agarre que se amoldan a su forma, tamaño, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su peso. La finalidad de utilizar ventosas de vacío neumáticas en cadenas de producción es ofrecer diferentes opciones que ayuden a aumentar la optimización de los procesos y favorecer su capacidad de fabricación.

Tipos de ventosas de vacío neumáticas
Imagen cedida por: PIAB.com

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

Una ventosa de vacío es una herramienta destinada a coger un objeto, es decir, es el punto de unión entre un robot y una pieza. Utiliza presión por vacío para adherirse a las piezas al generar una diferencia de presiones. La presión negativa es generada al expulsar la presión del aire al exterior permitiendo de este modo el agarre de un objeto. Hay que recordar que la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la ventosa lo provoca el generador de vacío, que es el encargado de aspirar el aire que permanece en la ventosa.

Habitualmente las aplicaciones de vacío se destinen a procesos productivos de manipulación de materiales, ya sea en una cadena de montaje, alimentadores de máquinas, para picking o de packaging.

Ventajas de comprar sistemas de vacío

Las técnicas de vacío ofrecen grandes beneficios al sector de la automatización:

  • Favorece la manipulación de piezas a gran velocidad
  • Ofrecen gran precisión en la colocación
  • Son sistemas neumáticos muy flexibles a la hora de adaptarlos a los procesos
  • Ahorran más energía que otros sistemas
  • El equipo de vacío es un sistema limpio lo que le favorece a la hora de ser incorporado en ambientes que requieren gran limpieza como sucede en el sector alimentario
  • Es una solución ideal para trabajar con robots Delta
  • Requieren una configuración muy sencilla de integrar en máquinas robotizadas
  • Se adaptan perfectamente en la automatización de final de línea y en líneas de empaquetado.
  • Son sistemas realmente rápidos
  • Son muy adaptables a las particularidades de los materiales

¿De qué manera funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa funciona colocándose sobre una superficie en donde al adherirse expulsa el aire del interior. Cuando deja de hacer presión, vuelve a su estado en reposo, generando un vació de baja presión   como para mantenerse sujeto al objeto. Esta fuerza de agarre se crea por la diferencia de presiones entre la ventosa y el exterior.

Para dejar una pieza desactivamos la presión creada por el generador de vacío, igualando ambas presiones. Por lo tanto, el tiempo que se mantiene una pieza sujeta a una ventosa dependerá de cuánto tiempo logre tener las diferencias de presión entre el exterior y dentro. Hay aspectos a controlar antes de calcular el tiempo que puede mantener la presión sin pérdidas, como la porosidad de los materiales, el generador de vacío que se utiliza o evitando que la manguera y los racores sufran pérdidas de presión.

Tipos de ventosas de vacío

Las ventosas de vacío universales son las que prácticamente cubren las necesidades de casi todos los procesos industriales, por el contrario, las ventosas para aplicaciones especiales son las diseñadas específicamente para dar respuesta a las particularidades de productos específicos.

  • Ventosas planas. Las ventosas planas, también conocidas como ventosas de copa, son las ventosas estándar en el sector industrial al ser utilizadas principalmente para manipular piezas con superficie plana, cóncavas e incluso ligeramente abombadas. Pueden tener una geometría redonda y ovalada. Hay un gran número de modelos que permiten adaptarse correctamente a la constitución 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 eficaces para el agarre de objetos largos y estrechos, 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 normal para procesos en donde se necesita no dejar marca.
  • Ventosas de fuelle. Las ventosas con fuelles son denominadas así por su forma de acordeón o fuelle, con pliegues de 1.5 que aumentan según el fabricante. Han sido diseñadas para ser empleadas en superficies curvas, con desniveles de altura o con deformaciones. Tienes a tu disposición ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque en función del material pueden tener juntas anulares que aumentan la sujeción ante superficies con mayor desnivel. Las ventosas de fuelle ovaladas están indicadas para objetos largos y de reducido grosor. Sus diámetros pueden variar desde los 2 mm hasta 255 mm.
  • Ventosas rectangulares. Son ventosas con forma rectangular especialmente indicadas para procesos 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 que recuerdan a una campana y destacan porque disponen de un labio hermetizante muy delgado. Son muy flexibles a la hora de coger piezas en piezas con bordes. Se adaptan muy bien a procesos de Picking en el sector alimentario.
  • Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas pesadas y de gran volumen. Se adaptan perfectamente a superficies porosas, como por ejemplo mármoles 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 piezas metálicas ligeramente curvadas y cubiertas por una película de aceite. En su interior disponen de un sistema antideslizante que asegura el correcto comportamiento. Destacan por 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 extremadamente rugosas e irregulares. Hay un abanico de ventosas que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro.
  • Ventosas flotantes. Son ventosas utilizadas con objetos extremadamente delgados y delicados, como por ejemplo las láminas, obleas o células fotovoltaicas. Han sido fabricados para no realizar deformaciones en los materiales gracias a que apenas tiene contacto con la pieza. Durante el proceso de manipulación, la ventosa flota en el aire por el principio de Bernoulli.
  • Ventosas especiales. Son las ventosas diseñadas a medida para procesos muy exigentes, ya sea por sus dimensiones, geometría o temperatura del entorno de trabajo.
  • Ventosas para perfiles hermetizantes. Es el nombre por el que se conoce a las ventosas utilizadas en procesos hermetizantes con aristas y esquinas.
  • Ventosas planas para papel y láminas. Son ventosas que se componen de una base plana y redonda para asegurar el agarre del material sin realizar deformaciones.
  • 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 eliminando el uso de ventosas. Están especialmente indicadas para el agarre de piezas delicadas en donde es prioritario no generar marcas, como sucede con los cristales de pantallas LCD. También se usan para la sujeción de un gran número de piezas empleando tan solo un único sistema de planos aspirantes. Una de sus principales ventajas es que no sufren fugas y son muy rápidas de sustituir. Según las características de la pieza puedes cambiar el material de la espuma para que ofrezca un eficiente envejecimiento. Los más extendidos son de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas tienen láminas que permiten realizar su sustitución rápidamente. Se usan principalmente con 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 agarre a los procesos. Han sido diseñados para poder adaptarse ante los procesos de paletización, ya sea por volumen, peso o forma. El sistema de agarre por vacío puede ser 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 áreas 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 paquetes.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los distribuidores han creado accesorios de logística para el paletizado de capas completas por medio de sistemas de vacío que se combinan con garras mecánicas especiales. Estas herramientas facilitan el aumento de la producción de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de sistemas de manipulación adaptados.

Materiales de las ventosas de vacío

Los materiales con los que están fabricadas las ventosas de vacío se adaptan a las particularidades del producto, motivo por el cual existe una amplia gama de compuestos. 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, a la deformación permanente, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, alcohol y ácidos, a la intemperie, temperaturas del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos destinados del sector alimenticio necesitan tener la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Partes de un sistema de vacío

Las soluciones 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 está compuesto de:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para amortiguar las diferencias existentes entre el sistema de vacío y un objeto. En función de la geometría de la pieza, las ventosas pueden necesitar un suplemento para estar igualadas.
  • Racores y alojamientos articulados. Se utilizan para adaptar las ventosas en superficies inclinadas.
  • Eyectores de vacío. Los eyectores provocan presión negativa centralizado de forma neumática e incorporan silenciadores. Se utilizan para mejorar la activación de las señales. Son 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 extraer presión de un circuito a una presión inferior que la que hay en la atmósfera. De este modo crea un circuito con presión de vacío con el caudal imprescindible para succionar piezas exigentes.
  • Generadores de Vacío. Estos equipos de vacío funcionan por medio de un sistema neumático o eléctrico que genera el vacío debido en el interior de un circuito. Son los responsables de lograr movimientos muy rápidos y gracias a que son equipos pequeños son sencillos de instalar en un sistema. Los generadores eléctricos están recomendados para cuando no es compatible un sistema neumático o cuando el proceso requiere gran presión para la aspiración de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas están destinadas a trabajos de vaciado de presión del circuito que en función de las particularidades del proceso, tendrá una tecnología más desarrollada para dar respuesta a los productos más exigentes. Dentro disponen de 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 desplazamientos que se generan durante el proceso de sujeción. Hay modelos que son capaces de amortiguar el giro y también tienes la opción de incluir un antigiro.

¿En dónde se usan las ventosas de vacío?

La tecnología de vacío se adapta constantemente a los cambios que se producen en la Industria 4.0 innovando con sistemas de vacío adecuados a las particularidades de cada producto. Algunos de los sectores para los que están específicamente fabricados son para procesos de movimiento de materiales en estampaciones metálicas, automatización de final de línea, preparación de paquetes en centros de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de sacos puertos, empaquetado, bebidas, automoción, productos químicos y electrodomésticos.

Los materiales adecuados para trabajos de coger y dejar piezas por medio de sistemas de vacío son principalmente materiales con poco espesor, con desniveles, cartón, plásticos moldeados, vidrio, madera, accesorios de electrónica y tecnológicos, chapa, productos envasados, láminas de plástico, pantallas LCD, hormigón, baldosas, etc… 

Calcular la ventosa correcta para un agarre por vacío

Efectivamente este es un aspecto de vital importancia para un funcionamiento idóneo de un agarre. La fuerza de retención 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, más grande será la fuerza de sujeción de un sistema.

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 incorporan generación de vacío integrada por medio de efectores, generadores y bombas de vacío, elementos que se emplean en un circuito de aire que está complementado por tuberías de aire, racores y válvulas.

Tamaños de las ventosas

Tenemos a nuestra disposición ventosas planas desde un diámetro de 1 mm hasta 125mm, mientras que las de fuelles suelen comercializarse entre 11 mm y 255 mm. Estas medidas pueden oscilar en función del proveedor.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

Además de las ventosas, hay otras aplicaciones de sujeción 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 adhesiva con una esponja que le permite manipulaciones con ciclos rápidos. Las ventosas están especialmente indicadas para realizar operaciones de agarre con piezas flexibles, sirvan de ejemplo los bolsas, envases y cajas de cartón, mientras que las esponjas hermetizante destacan en el agarre de piezas alargadas, con superficie rugosa o latas y tarros con bordes en donde el agarre de una ventosa es muy complicado.

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