Sistemas de vacío

Ventosas de vacío con juntas angulares

Las ventosas con juntas angulares aportan al sector de la automatización industrial soluciones de sujeción a las piezas amoldándose a su forma, espesor, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su peso. El objetivo de emplear equipos de sujeción por vacío en líneas de envasado es aportar alternativas que permitan aumentar la eficiencia de los trabajos y aumentar su capacidad de fabricación.

Ventosas de vacío con juntas angulares
Imagen cedida por: PIAB.com

¿Qué es una ventosa con juntas angulares 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 una pieza. Utiliza presión negativa para coger las piezas al provocar una depresión. La presión negativa es provocada al expulsar la presión del aire al exterior de la ventosa permitiendo de este modo sujetar una pieza. Hay que señalar la diferencia de presión entre dentro y el exterior de la ventosa la crea la bomba de vacío, quien se encarga de aspirar el aire que permanece en la ventosa.

Las ventosas de vacío con juntas angulares ofrecen la posibilidad de ubicarlas en condiciones de posicionamiento complejas. Estos sistemas de vacío se emplean principalmente en procesos industriales, ya sea en una línea de producción, alimentadores de robots, para pick & place o de packaging.

Ventajas de integrar sistemas de vacío

Los sistemas de vacío ofrecen los siguientes beneficios al sector industrial:

  • Favorece la manipulación 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 respecto a otros sistemas
  • El sistema neumático es una técnica muy limpia lo que le favorece a la hora de ser integrado en entornos muy limpios como sucede en el sector farmacéutico
  • Son muy recomendables para trabajar con robots Scara
  • Utilizan una programación muy fácil de integrar en máquinas automatizadas
  • Son muy productivos en la automatización de final de línea y del paletizado automático.
  • Permiten ciclos a gran velocidad
  • Se pueden personalizar en función de la rugosidad de las piezas

¿Cómo 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. Cuando deja de ejercer la presión, recuperando su forma, creando un vació de baja presión en su interior lo suficientemente importante como para quedarse adherido al material. Esta fuerza de agarre se crea por la diferencia de presiones entre la ventosa y el exterior.

Para dejar una pieza quitamos la presión creada por el generador de vacío, igualando de este modo ambas presiones. Es decir, el tiempo que se mantiene una pieza adherida a una ventosa será proporcional al tiempo que logre tener las diferencias de presión entre fuera y el interior de la ventosa. Existen factores a tener en cuenta antes de calcular el tiempo que puede mantener la presión del sistema, como la porosidad de la superficie, la bomba de vacío que se utiliza o evitando que la tubería y los racores tengan fugas de presión.

Tipos de ventosas de vacío

Las ventosas de vacío estándar son las que principalmente abarcan las necesidades de casi todos los procesos industriales, por el contrario, que las ventosas para aplicaciones especiales son las fabricadas exclusivamente para dar respuesta a los materiales más exigentes.

  • Ventosas planas. Las ventosas planas, también conocidas como ventosas de copa, son las más empleadas en el sector industrial al ser utilizadas principalmente para trabajar con piezas con superficie plana, cóncavas e incluso abombadas. Las ventosas tienen una forma 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 posicionamiento repetitivo. Las ventosas planas ovaladas, y en especial las placas de ventosa ovaladas son soluciones eficaces para la sujeción de pletinas largas y estrechas, como por ejemplo perfiles de puertas que incluso pueden llegar a estar abombadas.
  • Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas enfocadas a productos alimenticios con superficie plana para trabajos en donde se necesita 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 aumentan en función del fabricante. Están especialmente indicadas para ser empleadas en superficies curvas, con desniveles de altura o con deformaciones en los materiales. Existen ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque en función del material pueden tener juntas anulares que favorecen el agarre ante superficies con mayor desnivel. Para piezas largas y delgadas se han diseñado 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 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 con aspecto de campana y se caracterizan porque disponen de un labio hermetizante muy fino. Son muy flexibles a la hora de agarrar piezas en superficies con bordes. Se adaptan muy bien a trabajos de Bin-Picking en el sector alimenticio.
  • Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas robustas y de gran volumen. Tienen un gran comportamiento en superficies rugosas, como es el caso de hormigón o mármoles. Tienes a tu disposición 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 sobre superficies metálicas abombadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior incorporan un sistema antideslizante que garantiza una inmejorable sujeción. Hay que subrayar su potencial de succión y por poder manipular piezas en sentido horizontal y vertical.
  • Ventosas de triple labio. Son ventosas fabricadas para superficies rugosas. El sistema de triple labio 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 destinadas al agarre de piezas extremadamente delgados y delicados, como pueden ser láminas, enchapado o células fotovoltaicas. Han sido fabricados para no marcar las piezas 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 creadas a medida para trabajos especiales, ya sea por sus dimensiones, peso o temperatura del entorno de trabajo.
  • 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 se componen de una base plana y redonda para garantizar el agarre del material sin dejar huella.
  • 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 suprimiendo la necesidad de utilizar ventosas. Están especialmente indicadas para la sujeción de piezas delicadas en donde es prioritario no generar huella, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se utilizan para la manipulación de un gran número de piezas empleando tan solo una única garra. Una de sus principales ventajas es que no tienen fugas y son especialmente de sustituir. En función del modelo puedes sustituir el material de la ventosa de espuma para que tenga un eficiente envejecimiento. Los hay de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas disponen de láminas para poder realizar los cambios rápidamente. Están especialmente indicados para vidrio, envases, metal, plástico, madera, paquetes de logística, cristales de pantallas, chapas, bolsas o piedra.
  • Cajones de vacío modulares. Los cajones de vacío son sistemas modulares que permiten adaptarse a las necesidades de sujeción a los procesos. Han sido diseñados para poder adaptarse ante numerosos productos en trabajos de paletizado, ya sea por tamaño, peso o geometría. El sistema de sujeción por vacío es con ventosas, esponjas hermetizantes o espuma, y los generadores de vacío pueden estar dentro o fuera del equipo. La capacidad de adaptación de este sistema permite seccionar la placa en dos zonas independientes para la sujeción 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 son pequeños o grandes, como por ejemplo los de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de diversos materiales.
  • Sistemas de vacío para capa completa de paletizado. Los proveedores han desarrollado soluciones de logística para el paletizado de capas completas por medio de sistemas de vacío que se combinan con garras mecánicas especiales. Estos útiles permiten aumentar drásticamente la productividad de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de elementos de agarre adaptados.

Características de los materiales de las ventosas de vacío con juntas angulares

Los materiales con los que están fabricadas las ventosas se adaptan a las particularidades del producto, motivo por el cual existe una gran variedad de materiales. Los más extendidos son el caucho nitrílico y natural, poliuretano y silicona, aunque también tienes a tu disposición compuestos de policloruro de vinilo y diferentes derivados del caucho, como el caucho etileno propileno. 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 de la alimentación 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 robótica industrial cumplen con las necesidades colaborativas por medio de gripper de vacío y garras. Principalmente un sistema de vacío puede llegar a utilizar los siguientes elementos:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para amotiguar las diferencias que puede haber entre el equipo de vacío y un objeto. En función de su diseño, la altura de las ventosas puede 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 e incorporan silenciadores. Se utilizan para controlar la activación de las señales. Son compactos, en línea o por medio de terminales compactos que forman módulos.
  • Bombas de vacío. Las bombas de vacío es un equipo que funciona con electricidad que sirven para extraer presión de un circuito a una presión inferior que la de la atmósfera. Así puedes disponer de un circuito con presión de vacío con el caudal imprescindible para succionar piezas exigentes.
  • Generadores de Vacío. Los generadores de vacío funcionan por medio de un sistema neumático o eléctrico que crea el vacío debido en el interior de un circuito. Son los responsables de ofrecer tiempos de ciclo cortos y gracias a que son equipos pequeños son sencillos de colocar en un equipo. Las bombas de vacío están especialmente indicados para cuando no hay posibilidad de agregar un módulo o cuando el proceso necesita gran presión para la potencias de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas están destinadas a trabajos de descarga de presión del sistema que según las particularidades del producto, utilizará una tecnología más avanzada para dar respuesta a los procesos más exigentes. Dentro disponen de 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 herramientas de vacío que compensan los desplazamientos producidos a lo largo del el proceso de agarre. Tienes modelos que pueden contrarrestar los desplazamientos laterales y también tienes la posibilidad de incorporar un antigiro.

Utilidades de las ventosas de vacío

Las técnicas de vacío se adaptan constantemente a las necesidades que se generan en la la Industria 4.0 aportando con aplicaciones adecuadas a las necesidades de cada producto. Algunos de los mercados para los que están específicamente fabricados son para procesos de carga de piezas en estampaciones metálicas, automatización de final de línea, soldaduras robotizadas y sistemas de paletizado automático, preparación de paquetes en centros de logística, automatización de almacenes, empaquetado, bebidas, automoción, productos químicos y piezas de electrónica.

Los materiales adecuados para trabajos de carga y descarga con equipos 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, células solares, mármol, cerámica, etc… 

Calcular la ventosa idónea para un agarre por vacío

Efectivamente realizar bien el cálculo es de vital importancia para el correcto funcionamiento de un proceso. La fuerza de adherencia de una ventosa se obtiene 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 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 dividen en dos partes, la boquilla y la misma ventosa. Los equipos disponen de generación de vacío integrada a través de efectores, generadores y bombas de vacío, elementos imprescindibles de un circuito de aire al que debemos de que añadir mangueras de aire, racores y válvulas.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

Además de las ventosas cóncavas, redondas y planas, tenemos a nuestro alcance otros sistemas de agarre por vacío con gran presencia en la industria. Son los equipos de planos aspirantes que son capaces de integrar tanto ventosas con sistemas de amortiguación como esponjas hermetizantes. Este sistema incorpora 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 sacos, bolsas y cajas de cartón, mientras que las esponjas hermetizante sobresalen en la manipulación de piezas alargadas, rígidas, con superficie rugosa o latas con cantos descubiertos en donde la sujeción de una ventosa es muy complicada.

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