Sistemas de vacío

Ventosas planas ovaladas

Las aplicaciones de vacío ofrecen al sector de la automatización soluciones de agarre a las superficies de los distintos materiales industriales amoldándose a su geometría, espesor, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su volumen. El objetivo de utilizar sistemas de sujeción por vacío en cadenas de paletizado es ofrecer alternativas que permitan aumentar la eficiencia de los procesos y aumentar su productividad.

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

¿Qué es una ventosa plana ovalada y para qué sirve?

Una ventosa de vacío plana con forma ovalada es una herramienta destinada a coger objetos, y que por lo tanto, es el punto de unión entre un robot y un proceso. Normalmente se utilizan para manipular perfiles largos y estrechos. Utiliza presión por vacío para coger las piezas al crear 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 indicar que la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la ventosa la provoca la bomba de vacío, quien se encarga de aspirar el aire que queda en la ventosa. Los sistemas de vacío se emplean en procesos productivos de manipulación de piezas en una línea de montaje, alimentadores de máquinas, puestos de pick & place o de packaging.

Ventajas de incorporar sistemas de vacío

Los sistemas de vacío ofrecen grandes beneficios al sector de la automatización:

  • Son capaces de trabajar con piezas a gran velocidad
  • Ofrecen gran precisión en la colocación
  • Incorporan equipos neumáticos muy flexibles a la hora de integrarlos a los procesos
  • Ahorran más energía respecto a otros sistemas
  • El sistema neumático es un sistema limpio lo que le favorece a la hora de ser integrado en entornos muy limpios como puede ser el sector alimentario
  • Son muy recomendables para trabajar con robots Scara
  • Requieren una configuración muy sencilla de integrar en equipos automáticos
  • Son muy productivos en la automatización de final de línea y del paletizado automático.
  • Ofrecen tiempos de ciclo muy rápidos
  • Son muy adaptables a la porosidad de los materiales

¿Cómo funciona una ventosa de vacío plana ovalada?

Una ventosa plana ovalada funciona colocándose sobre una superficie en donde al adherirse expulsa el aire de la misma. Al dejar de ejercer la presión, la ventosa recuperando su forma, generando un vació de baja presión en su interior lo suficientemente importante como para quedarse sujeto al material. Esta fuerza de sujeción es generada por la diferencia de presión atmosférica existente entre la ventosa y el exterior.

Para soltar una pieza desactivamos la presión provocada por la bomba de vacío, igualando de este modo ambas presiones. Es decir, el tiempo que aguanta una pieza sujeta a una ventosa dependerá de cuánto tiempo logre mantener las diferencias de presión entre el exterior 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 las piezas, el generador de vacío que se mientras que las ventosas para aplicaciones especiales son las fabricadas específicamente para trabajar sobre los materiales más exigentes.

Tipos de ventosas para robots industriales

  • 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. Tienes a tu disposición ventosas planas redondas y con base ovalada. Hay un gran número de modelos que permiten adaptarse perfectamente 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, como pueden ser marcos de puertas que incluso pueden llegar a estar abombadas.
  • Ventosas ultraplanas. Son ventosas totalmente planas que se usan en productos alimenticios con base más grande de lo normal para procesos en donde se requiere no dejar huella.
  • Ventosas de fuelle. Las ventosas con fuelles son denominadas así por su forma de acordeón o fuelle, con pliegues de 1.5 que van aumentando en función del fabricante. Están especialmente indicadas para utilizarse sobre superficies curvas, con desniveles de altura o con deformaciones en los materiales. Existen ventosas de fuelle ovaladas y redondas principalmente, aunque según las necesidades de la pieza pueden incorporar juntas anulares que aumentan el agarre ante superficies con mayor desnivel. Las ventosas de fuelle ovaladas son recomendadas para piezas largas y delgadas. Sus diámetros pueden variar desde los 2 mm hasta 255 mm.
  • Ventosas rectangulares. Son ventosas con forma rectangular especialmente indicadas para trabajos de manipulación 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 forma de campana y se caracterizan porque tienen el labio hermetizante muy fino. Ofrecen gran flexibilidad a la hora de coger piezas en superficies con esquinas. Se adaptan muy bien a trabajos de Pick & Place en el sector de bienes de consumo.
  • Ventosas metálicas. Se utilizan para coger piezas robustas y de gran tamaño. Se adaptan perfectamente a superficies porosas, como es el caso de hormigón 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 aceite. Estas ventosas han sido creadas para trabajar con superficies metálicas abombadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior integran un sistema antiderrapante que garantiza el correcto comportamiento. Destacan por su gran capacidad 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 e irregulares. Existe un abanico de modelos que van desde los 48 mm hasta los 100 mm de diámetro.
  • Ventosas flotantes. Son ventosas a la manipulación de objetos extremadamente finos y delicados, 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 procesos muy exigentes, ya sea por sus dimensiones, geometría o condiciones ambientales.
  • Ventosas para perfiles hermetizantes. Es el nombre por el que se denomina a las ventosas utilizadas en procesos hermetizantes con aristas y esquinas.
  • Ventosas planas para papel y láminas. Son ventosas que disponen de una base plana y redonda para asegurar la manipulación del material sin realizar deformaciones.
  • Esponja hermetizante para sistemas de planos aspirantes. Es un sistema que mediante el uso de una esponja se realiza el proceso de sujeción de piezas por vacío suprimiendo el uso de ventosas. Están especialmente indicadas para el agarre de piezas delicadas en donde es prioritario no quedar huella, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se usan para la manipulación de un gran número de piezas por medio de un único sistema de planos aspirantes. Entre sus ventajas se encuentran en que no tienen fugas y que son muy rápidas de sustituir. Según las características de la pieza puedes cambiar el material de la espuma para que ofrezca un deterioro más progresivo. 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, cristales de pantallas, chapa de acero inoxidable, sacos, bolsas o piedra.
  • Cajones de vacío modulares. Los cajones de vacío son sistemas modulares que permiten adaptarse a las necesidades de sujeción a los clientes. Han sido 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 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 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 por ejemplo los de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de paquetes.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores de sistemas ofrecen soluciones de logística para el paletizado de capas completas por medio de sistemas de vacío que se combinan con garras mecánicas especiales. Estas herramientas permiten aumentar drásticamente 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 creadas las ventosas se adaptan a las necesidades del producto, motivo por el cual existe una amplia gama de materiales. Los más utilizados son el 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 aseguran un buen envejecimiento frente al desgaste, fricción, a la deformación permanente, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, disolventes y ácidos, a la intemperie, humedad del proceso y del entorno de trabajo. Los trabajos específicos del sector alimenticio deben de estar conformes con la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Equipos que conforman un sistema de vacío

Las soluciones de vacío para el sector de la automatización industrial se adaptan perfectamente a las necesidades colaborativas por medio de gripper de vacío y garras. Un sistema de vacío puede llegar a incorporar los siguientes elementos:

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para compensar las diferencias existentes entre el equipo de vacío y la pieza a manipular. En función de su diseño, la altura de las ventosas puede variar entre sí.
  • Racores y alojamientos articulados. Se emplean para orientar las ventosas en superficies inclinadas.
  • Eyectores de vacío. Los eyectores generan el vacío centralizado de forma neumática e incorporan silenciadores. Sirven para mejorar la activación de las señales. Pueden ser compactos, en línea o por medio de terminales compactos formando módulos.
  • Bombas de vacío. Las bombas de vacío es un equipo eléctrico que sirven para extraer presión de un sistema a una presión inferior a la de la atmósfera. De este modo genera un circuito con presión de vacío con el caudal necesario para agarrar piezas exigentes.
  • Generadores de Vacío. Estas soluciones de vacío se componen de un sistema neumático o eléctrico que establece el vacío necesario dentro de un circuito. Son los encargados de lograr movimientos muy rápidos y gracias a que son módulos reducidos son muy fáciles de integrar en un sistema. Los generadores eléctricos están especialmente indicados para cuando no hay posibilidad de incorporar un módulo o cuando el producto requiere de mayor precesión.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan para descargar la presión del circuito que en función de las necesidades, utilizará una tecnología más avanzada para dar respuesta a los procesos más exigentes. En su interior disponen de válvulas con diferentes formas, como puede ser de bola o de trébol, cada una de ellas ofrece sus propias particularidades. 
  • Utillajes de compensación para ventosas. Son accesorios de vacío que compensan los movimientos producidos durante el proceso de agarre. Tienes modelos que son capaces de amortiguar el giro e incluso puedes integrar un antigiro.

Aplicaciones de las ventosas de vacío

La tecnología de vacío se adapta constantemente a los cambios que se producen en la la Industria 4.0 innovando con sistemas de vacío adecuados a las necesidades de cada producto. Algunos de los sectores para los que están específicamente creados son para procesos de manipulación de materiales en estampaciones metálicas, automatización de líneas de producción, preparación de pedidos en áreas de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de botellas aeropuertos, empaquetado, bebidas, automoción, productos químicos y componentes electrónicos.

Los materiales adecuados para realizar labores de coger y dejar piezas por medio de ventosas de vacío son principalmente materiales con poco espesor, con desniveles, láminas de papel, plásticos por inyección, vidrio, madera, enchapados, blíster de envases, láminas de plástico, pantallas LCD, hormigón, azulejos, etc… 

¿Cómo se calcula la ventosa para un proceso?

Efectivamente este es un aspecto de vital importancia para el correcto funcionamiento de un proceso. La fuerza de retención de una ventosa se calcula al multiplicar la superficie de aspiración de la ventosa por la presión diferencial. Es decir, a mayor superficie de aspiración y mayor presión diferencial, mayor será la fuerza de retención de un equipo.

Tamaños de las ventosas

Existen ventosas planas desde un diámetro de 1 mm hasta 125mm, mientras que las de fuelles se encuentran entre 11 mm y 255 mm. Estas medidas pueden variar en función del distribuidor.

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 roscada y la propia ventosa. Los equipos incorporan generación de vacío integrada a través de efectores, generadores y bombas de vacío, elementos que se emplean en un circuito de aire que está complementado por mangueras de aire, racores y válvulas.

¿Qué es una esponja hermetizante y para qué sirve?

Además de las ventosas, existen otros sistemas de agarre por vacío muy extendidos en el sector industrial. Nos referimos a los sistemas de planos aspirantes que pueden incorporar tanto ventosas con compensación de alturas como esponjas hermetizantes. Este sistema incorpora una lámina adhesiva con una esponja que le permite manipulaciones con ciclos rápidos. Las ventosas están preparadas para operar con piezas flexibles, como por ejemplo bolsas, envases y cajas de cartón, 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 difícil.

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