Sistemas de vacío

Ventosas planas industriales

Las ventosas planas ofrecen al sector de la automatización soluciones de agarre a las piezas amoldándose a su geometría, espesor, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su volumen. El objetivo de incluir equipos de sujeción por vacío en líneas de producción es ofrecer diferentes opciones que ayuden a aumentar la eficiencia de los procesos y favorecer su productividad.

ventosas planas y ventosas de vacío planas industriales
Imagen cedida por: PIAB.com

¿Qué es una ventosa plana y para qué sirve?

Una ventosa de vacío es un accesorio que se encarga de coger un objeto, y por lo tanto, es el punto de unión entre una máquina y una pieza. Utiliza presión negativa para sujetar las piezas al generar 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 el interior y fuera de la ventosa la provoca el generador de vacío, quien se encarga de evacuar el aire que queda en la ventosa.

Habitualmente los sistemas de vacío se utilicen en procesos productivos de manipulación de piezas, ya sea en una línea de producción, alimentadores de máquinas, puestos de pick & place o de packaging.

Ventajas de incorporar sistemas de vacío

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

  • Son capaces de trabajar con piezas a gran velocidad
  • Tienen gran precisión
  • Incorporan equipos neumáticos muy flexibles a la hora de integrarlos a los procesos
  • Gastan menos energía respecto a otros sistemas
  • El sistema neumático es una técnica muy limpia lo que le favorece a la hora de ser incorporado en entornos que requieren gran limpieza como sucede en el sector alimentario
  • Son muy recomendables para trabajar con robots Delta
  • Requieren una programación muy sencilla de integrar en cualquier robot industrial
  • Se adaptan perfectamente en la automatización de final de línea y del paletizado automático.
  • Ofrecen tiempos de ciclo muy rápidos
  • Se pueden personalizar en función de la rugosidad de los distintos materiales

¿Cómo funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa funciona colocándose encima de una superficie en donde al presionar expulsa el aire de la misma. Al dejar de hacer presión, vuelve a su posición en reposo, creando un vació parcial en su interior como para mantenerse sujeto al material. Esta fuerza de agarre es generada por la diferencia de presiones entre la ventosa y el exterior.

Para soltar una pieza quitamos la presión generada por el generador de vacío, igualando de este modo ambas presiones. Por lo tanto, el tiempo que se mantiene una pieza adherida a una ventosa será proporcional al tiempo que logre tener las diferencias de presión entre el exterior y el interior del sistema. Existen factores a tener en cuenta antes de calcular el tiempo que puede mantener la presión constante, como la porosidad de los materiales, el generador de vacío que se utiliza o evitando que la manguera y los racores sufran fugas de aire.

Tipos de ventosas de vacío

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

  • Ventosas planas. Las ventosas planas, también llamadas ventosas de copa, son las más empleadas en el sector industrial al ser usadas principalmente para manipular piezas con superficie plana, cóncavas e incluso ligeramente abombadas. Tienes a tu disposición con diferentes geometrías, ya sean ventosas ovaladas o redondas. Hay un gran número de modelos que permiten adaptarse 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 el agarre de perfiles largos y estrechos, es el caso de perfiles de puertas que incluso pueden llegar a estar abombadas.
  • Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas enfocadas a productos del sector alimentario con base más grande de lo normal para trabajos en donde se requiere no dejar marca.
  • Ventosas de fuelle. Las ventosas de fuelle son denominadas así por su aspecto de acordeón o fuelle, con pliegues que oscilan entre el 1.5 y los 3.5 según el fabricante. Han sido diseñadas para utilizarse sobre superficies curvas, irregulares o con deformaciones. Existen ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque en función del material pueden tener juntas anulares que favorecen el agarre ante superficies con diferentes alturas. Para piezas largas y de poco grosor se han diseñado las de fuelle ovaladas. El diámetro de estas ventosas oscila entre los 2 mm y los 255 mm.
  • Ventosas rectangulares. Son ventosas con base rectangular expresamente diseñadas para procesos de sujeción de bolsas y sacos de hasta 50 kg. Tenemos a nuestro alcance 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 superficies con bordes. Se adaptan muy bien a procesos de Pick & Place en el sector de bienes de consumo.
  • Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas pesadas y de gran tamaño. Tienen un inmejorable comportamiento en superficies rugosas, como por ejemplo hormigón o losas de pizarra. Existen ventosas con diámetros que van desde los 100 mm hasta los 450 mm.
  • Ventosas para chapa con aceite. Estas ventosas han sido creadas para trabajar sobre superficies metálicas abombadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior disponen de un sistema antideslizante que garantiza el correcto comportamiento. Hay que subrayar su potencial de succión y por poder coger piezas tanto en horizontal como en vertical.
  • Ventosas de triple labio. Son ventosas fabricadas para superficies rugosas. Dispone de un triple labio que asegura la sujeción en piezas muy rugosas o irregulares. En el mercado hay un abanico de modelos que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro.
  • Ventosas flotantes. Son ventosas destinadas al agarre de objetos extremadamente finos y delicados, como por ejemplo las láminas, obleas o células fotovoltaicas. Están diseñados para no marcar las piezas gracias a que apenas tiene contacto con la pieza. A lo largo del agarre, la ventosa flota en el aire siguiendo el principio de Bernoulli.
  • Ventosas especiales. Son las ventosas confeccionadas a medida para procesos especiales, ya sea por sus dimensiones, geometría o temperatura del entorno de trabajo.
  • Ventosas para perfiles hermetizantes. Es como 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 asegurar la sujeción del material sin dejar huella.
  • Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es un sistema que mediante la utilización de una esponja se realiza el proceso de agarre de piezas por vacío eliminando el uso de ventosas. Se utilizan para la manipulación de piezas delicadas en donde es prioritario no quedar marcas, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se usan para la manipulación de un gran número de piezas empleando tan solo una única garra. Entre sus ventajas se encuentran en que no tienen fugas y que son muy rápidas de sustituir. En función del modelo puedes sustituir el material de la espuma para que ofrezca un deterioro más progresivo. Los hay de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas hermetizantes tienen láminas que permiten realizar los cambios rápidamente. Se usan principalmente con vidrio, envases, metal, plástico, madera, paquetes de logística, cristales de pantallas, acero inoxidable, sacos o piedra.
  • Cajones de vacío modulares. Los cajones de vacío son aplicaciones modulares que facilitan la adaptación a las necesidades de agarre a los clientes. Creados diseñados para ser muy flexibles ante numerosos productos en trabajos de paletizado, ya sea por tamaño, peso o forma. El sistema de succión por vacío puede ser por medio de 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 áreas autónomas para la sujeción 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 tener reducidas dimensiones o grandes, como por ejemplo los que se incorporan en procesos de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de diversos materiales.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores han desarrollado soluciones de logística para el paletizado de capas completas mediante el uso de sistemas de vacío que utilizan a su vez garras mecánicas especiales. Estos útiles permiten aumentar drásticamente la producción de un proceso de paletizado y despaletizado por medio de elementos de sujeción adaptados.

Características de los materiales de las ventosas de vacío

Los materiales con los que están fabricadas las ventosas se adaptan a las particularidades del producto, motivo por el cual hay 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 derivados del caucho, como el caucho fluorado. Estos materiales tienen un buen envejecimiento frente al desgaste, fricción, a la deformación permanente, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, disolventes y ácidos, a la intemperie, temperaturas del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos específicos para el sector alimentario deben disponer de la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Componentes 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 puede llegar a incorporar:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para compensar las diferencias que puede haber entre el sistema de vacío y un objeto. En función de la geometría de la pieza, la altura de las ventosas puede variar entre sí.
  • Racores y alojamientos articulados. Se emplean para adaptar las ventosas en superficies inclinadas.
  • Eyectores de vacío. Estos accesorios generan el vacío 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 formando módulos.
  • Bombas de vacío. Las bombas de vacío es un equipo que funciona con electricidad que se utilizan para sacar presión de un circuito a una presión inferior que la de la atmósfera. De este modo crea un circuito con presión de vacío con el caudal necesario para agarrar grandes pesos.
  • Generadores de Vacío. Los diferentes tipos de generadores de vacío se componen de un sistema neumático o eléctrico que genera el vacío necesario dentro de un circuito. Son los encargados de ofrecer tiempos de ciclo cortos y gracias a que son equipos pequeños son sencillos de integrar en un circuito. Las bombas de vacío están recomendadas para cuando no hay posibilidad de agregar un sistema neumático o cuando el producto necesita gran presión para la aspiración de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan para descargar la presión del sistema que en función de las necesidades, dispondrá de una tecnología más avanzada para dar respuesta a los procesos más exigentes. En su interior llevan 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 equipos de vacío que compensan los movimientos producidos durante el proceso de sujeción. Tienes utillajes que son capaces de amortiguar los desplazamientos laterales e incluso te permite incorporar un antigiro.

¿Para qué sirven las ventosas de vacío?

Las técnicas de vacío se adaptan constantemente a los cambios que hay en la la Industria 4.0 ofreciendo con soluciones de fijación adecuadas a las particularidades de cada producto. Algunos de los sectores para los que están específicamente diseñados son para procesos de agarre de objetos en estampaciones metálicas, automatización de líneas de producción, distribución de paquetes en áreas de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de sacos aeropuertos, envasado, bebidas, automoción, productos químicos y piezas de electrónica.

Los materiales adecuados para realizar labores de manipulación con equipos de vacío son principalmente materiales finos, deformables, cartón, plástico, vidrio, madera, productos de electrónica y tecnológicos, metálicos, obleas, láminas de plástico, pantallas LCD, hormigón, azulejos, etc… 

Calcular la ventosa correcta para un trabajo por vacío

Desde luego realizar bien el cálculo es de vital importancia para el correcto funcionamiento de un agarre. La capacidad de retención de una ventosa se calcula al multiplicar la superficie de aspiración de la ventosa por la presión diferencial. Por lo tanto a mayor superficie de aspiración y mayor presión diferencial, más grande será la capacidad de retención de una ventosa.

Partes de una ventosa de vacío plana

Los sistemas de vacío disponen de ventosas, piezas elastométicas o hermetizantes que en su modo más simple se componen de dos partes, la boquilla roscada y la misma ventosa. Los sistemas incorporan generación de vacío integrada por medio de efectores, generadores de vacío 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

Hay 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 distribuidor.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

A parte de las ventosas, hay otras aplicaciones de sujeción por vacío con gran presencia en la industria. Nos referimos a los sistemas de planos aspirantes que son capaces de integrar tanto ventosas con sistemas de amortiguación como esponjas hermetizantes. Este sistema dispone de una lámina que se pega con una esponja que le facilita manipulaciones con tiempos de ciclo muy rápidos. Las ventosas están preparadas para trabajar con piezas flexibles, como por ejemplo bolsas, envases y bandejas, mientras que las esponjas hermetizante destacan en la manipulación de piezas alargadas, rígidas, con superficie rugosa o latas con cantos descubiertos en donde el agarre de una ventosa es dificultoso.

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