Sistemas de vacío

Ventosas ultraplanas

Las ventosas ultraplanas aportan al sector de la automatización soluciones de sujeción a las productos industriales adaptándose a su forma, espesor, porosidad, textura, fuerzas transversales y a su peso. El objetivo de emplear sistemas de sujeción por vacío en cadenas de producción es ofrecer diferentes opciones que ayuden a aumentar la optimización de los trabajos y favorecer su productividad.

Ventosas ultraplanas y ventosas de vacío ultraplanas para robots industriales
Imagen cedida por: PIAB.com

¿Qué es una ventosa ultraplana y para qué sirve?

Una ventosa de vacío ultraplana es un componente que se encarga de coger un objeto, y por lo tanto, es el punto de unión entre una máquina y una pieza. Utiliza presión por vacío para sujetar las piezas al provocar una diferencia de presiones. La presión negativa es generada al expulsar la presión del aire al exterior favoreciendo de este modo sujetar una pieza. Cabe destacar que la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la ventosa la genera la bomba de vacío, quien se encarga de extraer el aire que queda en la ventosa. Habitualmente los sistemas de vacío se destinen a procesos productivos de manipulación de piezas, ya sea en una línea de montaje, alimentadores de máquinas, para pick & place o de packaging. Las ventosas ultraplanas se utilizan principalmente para manipular piezas u objetos que tienen superficies totalmente planas.

Ventajas de integrar sistemas de vacío

Los sistemas 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 adaptarlos a los trabajos
  • Tiene un menor consumo de energía respecto a otros sistemas
  • El sistema neumático es una técnica muy limpia lo que le permite trabajar en entornos que requieren gran limpieza como sucede en el sector alimentario
  • Son muy recomendables para trabajar con robots Delta
  • Requieren una programación muy fácil de integrar en máquinas automatizadas
  • Son muy productivos en la automatización de final de línea y del packaging.
  • Son realmente rápidos
  • Son muy adaptables a la rugosidad de los distintos materiales

¿De qué manera funciona una ventosa de vacío?

Una ventosa de vacío funciona situándose sobre una superficie en donde al pegarse a ella 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 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 la bomba de vacío, igualando de este modo ambas presiones. Es decir, el tiempo que aguanta una pieza adherida a una ventosa dependerá de cuánto tiempo logre tener las diferencias de presión entre el exterior y el interior de la ventosa. Hay aspectos a controlar antes de calcular el tiempo que es capaz de mantener la presión sin pérdidas, como la porosidad de los materiales, la bomba de vacío que se utiliza o evitando que la manguera y los racores sufran pérdidas de presión.

Tipos de ventosas de vacío

Las ventosas de vacío estándar son las que principalmente cubren las necesidades de casi todos los sectores industriales, por el contrario, que las ventosas para aplicaciones especiales son las creadas exclusivamente para trabajar sobre 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 coger piezas con superficie plana, cóncavas e incluso abombadas. Principalmente tienes a tu disposición ventosas planas con base redonda y ovaladas, aunque también existen otras opciones como las ventosas planas cóncavas. Son aplicaciones que se adaptan correctamente a la constitución de los objetos, así como su anchura y a su capacidad de deformación. Destacan por su gran capacidad de posicionamiento repetitivo. Las ventosas planas ovalada, 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 encontrarse abombadas.
  • Ventosas ultraplanas. Las ventosas ultraplanas son totalmente planas en su base y están enfocadas a productos del sector alimentario con superficie plana con procesos en donde se requiere que no deje huella su manipulación.
  • Ventosas de fuelle. Las ventosas de fuelle son denominadas así por su forma de acordeón o fuelle, con pliegues desde 1.5 mm que van aumentando según el fabricante. Han sido diseñadas para utilizarse sobre superficies curvas, irregulares o con deformaciones en los materiales. La gama está compuesta por ventosas de fuelle redondas y ovaladas principalmente, aunque en función del material pueden incorporar juntas anulares que aumentan la sujeción ante superficies con diferentes alturas. Las ventosas de fuelle ovaladas son más apropiadas para objetos largos y de reducido grosor. Sus diámetros pueden oscilar 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. Tenemos a nuestro alcance ventosas con medidas que van desde los 25×17 mm hasta los 445×216 mm.
  • Ventosas con forma de campana. Son ventosas con aspecto de campana y destacan porque tienen el labio hermetizante muy delgado. Son muy flexibles a la hora de coger piezas en superficies con esquinas. Se adaptan muy bien a procesos de Bin-Picking en el sector de bienes de consumo.
  • Ventosas metálicas. Son ventosas destinadas a manipulaciones de piezas robustas y de gran tamaño. Ofrecen un gran comportamiento en superficies porosas, como es el caso de 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 has sido fabricadas para trabajar con superficies metálicas ligeramente curvadas y cubiertas por una capa de aceite. En su interior integran un sistema antideslizante que garantiza una inmejorable sujeción. Cabe recordar su gran capacidad de succión y por poder manipular piezas tanto en horizontal como en vertical.
  • Ventosas de triple labio. Son ventosas específicamente diseñadas para superficies rugosas. El sistema de triple labio asegura la sujeción en piezas extremadamente rugosas e 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 utilizadas con piezas extremadamente delgados y frágiles, como por ejemplo las láminas, obleas o células fotovoltaicas. Han sido fabricados para no realizar deformaciones en los materiales gracias a que prácticamente no 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 confeccionadas a medida para trabajos muy exigentes, ya sea por sus dimensiones, peso 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 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 sujeción de piezas por vacío eliminando la necesidad de utilizar ventosas. Se utilizan para el agarre de piezas delicadas en donde es prioritario no quedar marcas, como pueden ser los cristales de pantallas células fotovoltaicas. También se emplean para la manipulación de un gran número de piezas empleando tan solo un único sistema de planos aspirantes. Una de sus principales ventajas es que no sufren fugas y que son muy rápidas de sustituir. En función del modelo puedes cambiar el material de la espuma para que garantice un mayor agarre. Los hay de caucho, poliuretano o silicona. Las esponjas hermetizantes tienen láminas para poder realizar su sustitución rápidamente. Están especialmente indicados para vidrio, envases, metal, plástico, madera, productos de logística, 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 sujeción a los procesos. Han sido diseñados para poder adaptarse ante numerosos productos en trabajos de paletizado, ya sea por volumen, peso o forma. El proceso de succión 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 dividir la placa en dos áreas independientes para la sujeción 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 son pequeños o grandes, como pueden ser los de paletizado, que se utilizan para la carga y descarga de paquetes.
  • Ventosas para capa completa de paletizado. Los proveedores han creado soluciones de logística para el paletizado de capas completas mediante el uso 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 adaptados.

Materiales de las ventosas de vacío

Los materiales con los que están diseñadas las ventosas planas son flexibles a las necesidades del producto, motivo por el cual existe una gran variedad de compuestos. Los más utilizados 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, grado de estanquidad, resistencia a la abrasión, al aceite, ozono, alcohol y ácidos, a la intemperie, temperaturas del proceso y del ambiente laboral. Los trabajos destinados del sector alimenticio deben disponer de la calificación FDA 21 CFR 177.2600.

Equipos que conforman un sistema de vacío

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

  • Bielas elásticas para la compensación de alturas. Son accesorios diseñados para amortiguar las diferencias existentes entre el equipo de vacío y un material. En función de la geometría de la pieza, la altura de las ventosas puede necesitar un suplemento.
  • Racores y alojamientos articulados. Se emplean para orientar las ventosas en piezas con desniveles.
  • Eyectores de vacío. Los eyectores generan el vacío centralizado de forma neumática e incorporan silenciadores. Sirven 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 sirven para sacar presión de un circuito a una presión menor a la que hay en la atmósfera. Así generas un circuito con presión de vacío con el caudal imprescindible para agarrar grandes pesos.
  • Generadores de Vacío. Estos equipos de vacío funcionan por medio de un sistema neumático o eléctrico que crea el vacío necesario dentro de un circuito. Son los encargados de generar movimientos muy rápidos y gracias a que son módulos reducidos son muy fáciles de instalar en un sistema. Estos equipos mecánicos están recomendados para cuando no hay posibilidad de incorporar un sistema neumático o cuando el proceso requiere gran presión para la aspiración de aspiración elevadas.
  • Válvulas de presión. Las Válvulas se utilizan para descargar la presión del circuito que en función de las particularidades del producto, utilizará una tecnología más avanzada para dar respuesta a las piezas más exigentes. Dentro llevan válvulas con diferentes geometrías, como puede ser de bola o de trébol, cada una de ellas tiene sus propias particularidades. 
  • Utillajes de compensación para ventosas. Son herramientas de vacío que compensan los desplazamientos producidos durante el proceso de sujeción. Tienes utillajes que pueden amortiguar los desplazamientos laterales e incluso puedes incorporar un antigiro.

¿En dónde se utilizan las ventosas de vacío?

La tecnología de vacío se adapta constantemente a las necesidades que se generan en la fabricación innovando con aplicaciones adecuadas a las particularidades de cada producto. Algunos ejemplos para los que están concretamente diseñados son para trabajos de manipulación de objetos en estampaciones metálicas, automatización de líneas de producción, preparación de paquetes en áreas de logística, automatización de almacenes, paletizado automático de sacos puertos, envasado, bebidas, automoción, productos farmacéuticos y electrodomésticos.

Los materiales adecuados para realizar labores de manipulación con sistemas de vacío son principalmente materiales finos, con desniveles, láminas de papel, plásticos por inyección, vidrio, madera, accesorios de electrónica y tecnológicos, metálicos, productos envasados, láminas de plástico, pantallas LCD, hormigón, cerámica, etc… 

¿Cómo se calcula la ventosa para un proceso?

Desde luego realizar bien el cálculo es de vital importancia para el correcto funcionamiento de un trabajo. La capacidad de adherencia 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, más grande será la fuerza de sujeción de un equipo.

Tamaños de las ventosas

Tenemos a nuestra disposición ventosas planas desde un diámetro de 1 mm hasta 125mm, mientras que las de fuelles suelen comercializarse entre 11 mm y 255 mm. Sus dimensiones pueden variar en función del proveedor.

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 misma ventosa. Los sistemas tienen generación de vacío integrada por medio de efectores, generadores y bombas de vacío, elementos que se emplean en 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?

A parte de las ventosas, hay otras aplicaciones de agarre por vacío muy extendidos en la industria. Son los equipos de planos aspirantes que pueden incorporar tanto ventosas con efecto de amortiguación como esponjas hermetizantes. Un plano aspirante incorpora una lámina que se pega con una esponja que le facilita manipulaciones con tiempos de ciclo muy rápidos. Las ventosas han sido fabricadas para trabajar con piezas flexibles, sirvan de ejemplo los bolsas, envases y bandejas, mientras que las esponjas hermetizante están destinadas para el agarre de piezas alargadas, rígidas, con superficie rugosa o latas con cantos descubiertos en donde el agarre de una ventosa es imposible.

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