Sistemas de vacío

Ventosas de vacío para aplicaciones industriales

Las ventosas de vacío aportan al sector de la automatización soluciones de agarre a las productos industriales adaptándose a su geometría, espesor, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su peso. La finalidad de utilizar equipos de agarre por vacío en líneas de paletizado es aportar diferentes opciones que ayuden a aumentar la optimización de los trabajos y favorecer su capacidad de fabricación.

Ventosas de vacío para aplicaciones industriales
Imagen cedida por: PIAB.com

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

Una ventosa de vacío es una pieza que se encarga de coger un objeto, y por lo tanto, es el punto de unión entre un robot y un producto. Utiliza presión por vacío para sujetar las piezas al provocar una diferencia de presiones. La presión negativa es provocada al expulsar la presión del aire al exterior permitiendo de este modo el agarre de un objeto. Hay que señalar 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 evacuar el aire que permanece en la ventosa.

Habitualmente los sistemas de vacío se destinen a procesos productivos de manipulación de componentes, ya sea en una línea de montaje, alimentadores de máquinas, para picking o de empaquetado.

Ventajas de utilizar sistemas de vacío

Las aplicaciones de vacío generan grandes beneficios al sector de la automatización:

  • Favorece la manipulación de piezas a gran velocidad
  • Tienen gran precisión
  • Son sistemas neumáticos muy flexibles a la hora de integrarlos a los procesos
  • Gastan menos energía respecto a otros sistemas
  • El sistema neumático es un sistema limpio lo que le permite trabajar en entornos exigentes como sucede en el sector alimentario
  • Son muy recomendables para producir con robots Scara
  • Requieren una configuración muy fácil de integrar en máquinas robotizadas
  • Son muy productivos en la automatización de final de línea y del packaging.
  • Son realmente rápidos
  • Son muy adaptables a las particularidades de los distintos materiales

¿Cómo funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa funciona colocándose sobre una superficie en donde al adherirse expulsa el aire hacia el exterior. Cuando deja de ejercer la presión, vuelve a su posición normal, creando un vació de baja presión en su interior lo suficientemente importante como para quedarse sujeto a la pieza. Esta fuerza de sujeción se crea por la diferencia de presiones entre la ventosa y el exterior.

Para dejar 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 adherida a una ventosa dependerá de cuánto tiempo logre tener las diferencias de presión entre fuera y dentro. Hay aspectos a controlar antes de calcular el tiempo que puede 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 pérdidas de presión.

Tipos de ventosas de vacío industriales

Las ventosas de vacío universales son las que principalmente abarcan las necesidades de casi todos los sectores industriales, por el contrario, las ventosas para aplicaciones especiales son las creadas específicamente para dar respuesta a las condiciones de trabajo más difíciles.

  • Ventosas planas. Las ventosas planas, también conocidas como ventosas de copa, son las más empleadas en el sector industrial al ser utilizadas principalmente para manipular piezas con superficie plana, cóncavas e incluso ligeramente abombadas. Las ventosas pueden disponer de una geometría redonda y ovalada. Hay un gran número de modelos que permiten adaptarse perfectamente a la geometría 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 son soluciones eficaces para el agarre de perfiles largos y estrechos, como pueden ser marcos de ventanas que incluso pueden encontrarse abombadas.
  • Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas que se usan en productos alimenticios con base plana para procesos 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. Están especialmente indicadas para ser empleadas en superficies abombadas, irregulares o con deformaciones en los materiales. La gama está compuesta por ventosas de fuelle redondas y ventosas de fuelle ovaladas, aunque en función del material pueden incorporar juntas anulares que favorecen la sujeción ante superficies con diferentes alturas. Las ventosas de fuelle ovaladas están indicadas para objetos largos y de reducido grosor. El diámetro de estas ventosas oscilan desde los 2 mm hasta 255 mm.
  • Ventosas rectangulares. Son ventosas con forma rectangular especialmente indicadas para trabajos de sujeción 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 con aspecto de campana y se caracterizan porque disponen de un labio hermetizante muy delgado. Son muy flexibles a la hora de agarrar piezas en en piezas con esquinas. Se adaptan muy bien a procesos de Pick & Place en el sector alimenticio.
  • Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas robustas y de gran volumen. Tienen un inmejorable comportamiento en superficies porosas, como por ejemplo mármoles o losas de pizarra. Tienes a tu disposición ventosas con diámetros que comprenden desde los 100 mm hasta los 450 mm.
  • Ventosas para chapa con o sin aceite. Estas ventosas has sido fabricadas para trabajar con piezas metálicas abombadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior tienen un sistema antiderrapante que asegura una inmejorable sujeción. 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. Hay un gran número de modelos que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro.
  • Ventosas flotantes. Son ventosas utilizadas con objetos extremadamente delgados y frágiles, como pueden ser láminas, enchapado 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 siguiendo el principio de Bernoulli.
  • Ventosas especiales. Son las ventosas creadas a medida para trabajos especiales, como por ejemplo sus dimensiones, geometría o condiciones ambientales.
  • Ventosas para perfiles hermetizantes. Así se denomina 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 la sujeción del material sin realizar deformaciones.
  • Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es una aplicación de vacío que mediante el uso de una esponja se realiza el proceso de agarre de piezas por vacío suprimiendo el uso de ventosas. Están especialmente indicadas para la manipulación de piezas delicadas en donde no puede generar marcas, como sucede con los cristales de pantallas LCD. También se usan para la sujeción de un gran número de materiales empleando tan solo una única garra. Entre sus ventajas se encuentran en que no tienen fugas y son especialmente fáciles de intercambiar. En función del modelo puedes cambiar el tipo de material para que garantice un deterioro más progresivo. Los hay de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas disponen de láminas para poder realizar los cambios rápidamente. Están especialmente adaptados para vidrio, envases, metal, plástico, madera, paquetes, cristales de 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 ser muy flexibles ante numerosos productos en trabajos de paletizado, ya sea por tamaño, peso o geometría. El proceso de succión por vacío puede ser con ventosas, esponjas hermetizantes o espuma, y los generadores de vacío pueden ser internos o externos. La flexibilidad de este sistema permite dividir 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. Hay planos aspirantes pequeños pequeños y grandes, como pueden ser los de paletizado, que se emplean para la carga y descarga de paquetes.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores han creado aplicaciones de logística para el paletizado de capas completas mediante el uso de sistemas de vacío que se combinan con garras mecánicas especiales. Estos útiles facilitan el aumento de la productividad de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de sistemas de manipulación adaptados.

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 hay una amplia gama de compuestos. Los más habituales 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 se comportan correctamente ante el desgaste, fricción, a la deformación permanente, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, alcohol y ácidos, a la intemperie, humedad del proceso y del ambiente laboral. Los trabajos destinados para el sector alimentario deben de estar conformes con la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Partes de un sistema de vacío

Las soluciones de vacío para el sector de la automatización industrial cumplen con los requerimientos colaborativos por medio de garras y gripper de vacío. Principalmente un sistema de vacío está compuesto de:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para compensar las diferencias que puede haber entre el equipo de vacío y un material. En función de su diseño, la altura de las ventosas puede necesitar un suplemento.
  • Racores y alojamientos articulados. Se emplean para orientar las ventosas en superficies inclinadas.
  • Eyectores de vacío. Estos accesorios generan el vacío centralizado de forma neumática y disponen de silenciadores. Sirven 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 sistema que funciona con electricidad que se utilizan para sacar presión de un sistema a una presión menor que la que hay en la atmósfera. Así puedes disponer de un circuito con presión negativa con el caudal necesario para succionar piezas exigentes.
  • Generadores de vacío. Estos equipos 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 generar tiempos de ciclo cortos y gracias a que son módulos reducidos son sencillos de colocar en un equipo. Los generadores eléctricos están especialmente indicados para cuando no es compatible un sistema neumático o cuando el producto requiere gran presión para la aspiración de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas están destinadas a trabajos de vaciado de presión del sistema que según las particularidades del proceso, utilizará una tecnología más avanzada para poder responder ante las piezas más exigentes. En su interior llevan válvulas con diferentes 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 movimientos que se generan a lo largo del el proceso de sujeción. Hay utillajes que son capaces de contrarrestar el giro y también tienes la posibilidad de incluir un antigiro.

Partes de una ventosa industrial

Los sistemas de vacío disponen de ventosas, piezas elastométicas o hermetizantes que se dividen en dos partes, la boquilla roscada y la propia ventosa. Los equipos disponen de generación de vacío integrada a través de efectores, generadores y bombas de vacío, partes imprescindibles de un circuito de aire al que debemos de que sumar tuberías de aire, racores y válvulas.

Tamaños de las ventosas de vacío

Tenemos a nuestra disposición una gran selección de ventosas planas desde un diámetro de 1 mm hasta 125mm, mientras que las de fuelle suelen comercializarse entre 11 mm y 255 mm. Sus dimensiones pueden oscilar en función del fabricante y la aplicación.

¿Para qué se usan las ventosas de vacío?

La tecnología de vacío se adapta constantemente a los cambios que hay en la Industria 4.0 ofreciendo con aplicaciones adecuadas a las necesidades de cada proceso. Algunos de los mercados para los que están específicamente diseñados son para trabajos de sujeción de materiales en alimentación de prensas, automatización de final de línea, distribución de paquetes en áreas de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de botellas aeropuertos, envasado, bebidas, automoción, productos farmacéuticos y piezas de electrónica.

Los materiales adecuados para trabajos de coger y dejar piezas por medio de equipos de vacío son principalmente materiales con poco espesor, deformables, cartón, plástico, vidrio, madera, productos de electrónica y tecnológicos, enchapados, blíster de envases, láminas de plástico, células solares, hormigón, azulejos, etc… 

Calcular la ventosa correcta para un agarre por vacío

Efectivamente este es un aspecto de vital importancia para el correcto funcionamiento de un proceso. La capacidad de adherencia de una ventosa se obtiene al multiplicar la superficie de aspiración de la ventosa por la presión diferencial. Es decir, a mayor superficie de aspiración y mayor presión diferencial, más grande será la fuerza de sujeción de un sistema.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

A parte de las ventosas, tenemos a nuestra disposición otras aplicaciones de sujeción por vacío muy extendidos en la industria. Nos referimos a los equipos de planos aspirantes que son capaces de incorporar tanto ventosas con compensación de alturas como esponjas hermetizantes. Este sistema incorpora una lámina adhesiva con una esponja que le permite manipulaciones con tiempos de ciclo muy rápidos. Las ventosas han sido fabricadas para operar con piezas flexibles, sirvan de ejemplo los sacos, bolsas 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 la sujeción de una ventosa es dificultoso.

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