Sistemas de vacío

Ventosas de fuelles para aplicaciones industriales

Las ventosas de fuelles aportan al sector de la automatización soluciones de sujeción a las piezas adaptándose a su geometría, espesor, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su volumen. La finalidad de emplear equipos de agarre por vacío en líneas de envasado es aportar diferentes opciones que permitan aumentar la eficiencia de los trabajos y aumentar su capacidad de fabricación.

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Ventosas de fuelle y ventosas de vacío de fuelle industriales
Imágenes cedidas por: PIAB.com

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

Una ventosa de fuelle es una ventosa que tiene pliegues con forma de acordeón o de fuelle y sirven para coger piezas sobre superficies abombadas, con deformaciones en los materiales o con diferencias de alturas. Principalmente hay dos tipos, las ventosas de fuelle redondas y las ovaladas, aunque también pueden tener juntas angulares para superficies con mayor desnivel.

Las ventosas de fuelle son el punto de unión entre un robot y una pieza. Utiliza presión por vacío para sujetar las piezas al crear una depresión. La presión negativa se crea al expulsar la presión del aire al exterior favoreciendo de este modo el agarre de un objeto. Cabe destacar que la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la ventosa la provoca la bomba de vacío, que es el responsable de extraer el aire que permanece en la ventosa. Normalmente las aplicaciones de vacío se utilizan en procesos industriales, ya sea en una línea de montaje, alimentadores de máquinas, para pick & place o de packaging.

Ventajas de utilizar sistemas de vacío con ventosas de fuelle

Las técnicas de vacío generan los siguientes beneficios al sector industrial:

  • Permiten realizar manipulaciones de piezas a gran velocidad
  • Ofrecen gran precisión en la colocación
  • Incorporan equipos neumáticos muy flexibles a la hora de integrarlos a los trabajos
  • Gastan menos energía que otros sistemas
  • El sistema neumático es un sistema limpio lo que le permite trabajar en ambientes exigentes como sucede en el sector alimentario
  • Es una solución ideal para producir con robots Scara
  • Necesitan una configuración muy sencilla de integrar en máquinas automatizadas
  • Se adaptan perfectamente en la automatización de final de línea y en líneas de envasado.
  • Permiten ciclos a gran velocidad
  • Se adaptan muy bien a la rugosidad de los distintos materiales

Partes de una ventosa de fuelle

Los sistemas de vacío disponen de ventosas de fuelle ovaladas, piezas elastométicas o hermetizantes que en su modo más simple se dividen en 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 que está complementado por mangueras de aire, racores y válvulas.

¿De qué manera funciona una ventosa de fuelle?

Una ventosa funciona situándose sobre una superficie en donde al presionar expulsa el aire hacia el exterior. Cuando deja de ejercer la presión, retomando su forma, creando un vació de baja presión en su interior lo suficientemente importante como para mantenerse sujeto al objeto. Esta fuerza de agarre es generada por la diferencia de presiones entre la ventosa y el exterior.

Para soltar un objeto desactivamos la presión provocada por el generador de vacío, igualando de este modo ambas presiones. Es decir, el tiempo que se mantiene una pieza sujeta a una ventosa será proporcional al tiempo que logre tener las diferencias de presión entre el exterior y el interior de la ventosa. Existen factores 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 utiliza o evitando que la manguera y los racores tengan fugas de aire.

Tipos de ventosas de vacío

Las ventosas de vacío estándar son las que prácticamente abarcan las necesidades de casi todos los procesos industriales, mientras que las ventosas para aplicaciones especiales son las diseñadas exclusivamente para trabajar sobre los materiales más exigentes.

  • Ventosas planas. Las ventosas planas, también conocidas como ventosas de copa, son las ventosas estándar en el sector industrial al ser usadas principalmente para coger piezas con superficie plana, cóncavas e incluso ligeramente abombadas. Las ventosas pueden disponer de una forma redonda y ovalada. Tenemos a nuestra disposición modelos que permiten adaptarse 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 eficaces para el agarre de pletinas largas y estrechas, como por ejemplo 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 trabajos en donde es imprescindible no dejar huella.
  • Ventosas de fuelle. Las ventosas de fuelle son denominadas así por su aspecto de acordeón o fuelle, con pliegues que van desde el 1.5 hasta el 3.5 según el 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 según las necesidades de la pieza pueden tener juntas anulares que aumentan el agarre ante superficies con mayor desnivel. Las ventosas de fuelle ovaladas están indicadas para objetos largos y finos. Sus diámetros pueden variar desde los 2 mm hasta 255 mm. También tenemos a nuestra disposición ventosas con multifuelles que aumentan las prestaciones.
  • Ventosas rectangulares. Son ventosas con base rectangular especialmente indicadas para procesos de manipulación 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 que recuerdan a una campana y se caracterizan porque tienen el labio hermetizante muy delgado. Son muy flexibles a la hora de agarrar piezas en superficies con esquinas. Están especialmente indicados para trabajos de Bin-Picking en el sector alimenticio.
  • Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas robustas y de gran volumen. Se adaptan perfectamente a superficies rugosas, como es el caso de mármoles o losas de pizarra. Existen ventosas con diámetros que comprenden desde los 100 mm hasta los 450 mm.
  • Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas están especialmente diseñadas para trabajar con piezas metálicas abombadas y cubiertas por una película de aceite. En su interior tienen un sistema antiderrapante que asegura una inmejorable sujeción. Cabe recordar su gran capacidad de succión y por poder coger piezas tanto en horizontal como en vertical.
  • Ventosas de triple labio. Son ventosas creadas para superficies rugosas. Dispone de un triple labio que asegura el agarre en piezas muy rugosas o irregulares. Hay un gran número 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 pueden ser láminas, obleas o células fotovoltaicas. Están diseñados para no realizar deformaciones en los materiales gracias a que apenas tiene contacto con la pieza. Durante el proceso de sujeción, la ventosa flota en el aire por el principio de Bernoulli.
  • Ventosas especiales. Son las ventosas fabricadas a medida para procesos muy exigentes, como por ejemplo sus dimensiones, peso o temperatura del entorno de trabajo.
  • Ventosas para perfiles hermetizantes. Así 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 para garantizar la manipulación del material sin dejar huella.
  • Esponja hermetizante para planos aspirantes. Es un sistema que mediante el uso de una esponja se realiza la manipulación de piezas por vacío suprimiendo el uso de ventosas. Son recomendadas para la manipulación de piezas delicadas en donde no puede quedar huella, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se usan para el agarre de un gran número de piezas utilizando únicamente un único sistema de planos aspirantes. Una de sus principales ventajas es que no sufren fugas y que son especialmente de intercambiar. En función del modelo puedes sustituir el material de la espuma para que ofrezca un mayor agarre. Los hay de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas tienen láminas para poder realizar los cambios rápidamente. Están especialmente adaptados 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 facilitan la adaptación a las necesidades de sujeción a los clientes. Han sido diseñados para poder adaptarse ante numerosos productos en trabajos 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 flexibilidad de este sistema permite dividir la placa en dos zonas independientes para el agarre de distintos 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 pueden ser de reducidas dimensiones o grandes, como por ejemplo los de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de paquetes.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los distribuidores han desarrollado aplicaciones de logística para la paletización de capas completas por medio 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.

Características de los materiales de las ventosas de vacío

Los materiales con los que están fabricadas las ventosas se adaptan a las necesidades del producto, motivo por que existe una amplia gama de compuestos. Los más utilizados son los de caucho nitrílico y natural, poliuretano y silicona, aunque también tienes a tu disposición compuestos de policloruro de vinilo y diferentes variables del caucho, como el caucho etileno propileno. Estos materiales disponen de un buen envejecimiento frente al desgaste, fricción, a la deformación permanente, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, alcohol y ácidos, a la intemperie, humedad del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos específicos para el sector alimenticio necesitan tener la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Equipos que conforman un sistema de vacío

Las soluciones de vacío para el sector de la automatización se adaptan perfectamente a las necesidades colaborativas por medio de gripper de vacío y garras. Principalmente un sistema de vacío puede llegar a disponer de alguno de los siguientes accesorios:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para compensar las diferencias existentes entre el sistema de vacío y un material. En función de su diseño, las necesidades de las ventosas pueden variar entre sí.
  • Racores y alojamientos articulados. Se utilizan para orientar las ventosas en piezas con desniveles.
  • Eyectores de vacío. Estos accesorios provocan presión negativa centralizado de forma neumática y disponen de silenciadores. Sirven para controlar la eficacia de las señales. Son compactos, en línea o por medio de terminales compactos formando módulos.
  • Bombas de vacío. Las bombas de vacío es un sistema que funciona con electricidad que sirven para sacar presión de un sistema a una presión inferior a la que hay en la atmósfera. Así creas un circuito con presión de vacío con el caudal necesario para succionar piezas exigentes.
  • Generadores de Vacío. Los generadores 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 sencillos de colocar en un equipo. Las bombas de vacío están especialmente indicadas para cuando no hay posibilidad de incorporar un sistema neumático o cuando el producto necesita gran presión para la potencias de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan para descargar la presión del sistema que según las particularidades del proceso, utilizará una tecnología más desarrollada para dar respuesta a los productos más exigentes. Dentro incorporan válvulas con diferentes geometrías, como puede ser de bola o de trébol, cada una de ellas ofrece sus propias particularidades. 
  • Utillajes de compensación para ventosas. Son herramientas de vacío que sirven para compensar los movimientos que se generan durante el proceso de agarre. Hay utillajes que son capaces de amortiguar los desplazamientos laterales e incluso te permite incluir un antigiro.

Aplicaciones de las ventosas de vacío

Las técnicas de vacío se adaptan constantemente a las necesidades que se producen en la Industria 4.0 ofreciendo con soluciones de fijación adecuadas a las necesidades de cada producto. Algunos de los sectores para los que están concretamente creados son para labores de agarre de objetos en estampaciones metálicas, automatización de final de línea, distribución de pedidos en áreas de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de sacos puertos, envasado, alimentación, automoción, productos farmacéuticos y componentes electrónicos.

Los materiales más adecuados para trabajos de manipulación con equipos de vacío son principalmente materiales con poco espesor, con desniveles, cartón, plásticos moldeados, vidrio, madera, productos de electrónica y tecnológicos, chapa, obleas, láminas de plástico, células solares, mármol, cerámica, etc… 

Tamaños de las ventosas de fuelles

Tenemos a nuestro alcance ventosas planas desde un diámetro de 1 mm hasta 125mm, mientras que las de fuelle se encuentran entre 11 mm y 255 mm. Sus dimensiones pueden variar en función del fabricante y de la aplicación.

Calcular la ventosa de fuelle correcta para un agarre por vacío

Desde luego realizar bien el cálculo es de vital importancia para el correcto funcionamiento de un trabajo. La capacidad 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, mayor será la capacidad de retención de una ventosa.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

A parte de las ventosas, tenemos a nuestro alcance otras aplicaciones de sujeción por vacío con gran presencia en el sector industrial. Son los equipos de planos aspirantes que son capaces de integrar tanto ventosas con sistemas de amortiguación como esponjas hermetizantes. Un plano aspirante incorpora una lámina que se pega con una esponja que le permite manipulaciones con ciclos rápidos. Las ventosas han sido fabricadas para realizar operaciones de sujeción con piezas flexibles, como es el caso de bolsas, envases y cajas de cartón, mientras que las esponjas hermetizante destacan en el agarre de piezas alargadas, rígidas, con superficie rugosa o latas y tarros con bordes en donde el agarre de una ventosa es difícil.

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